Труби

Як зробити сонячний колектор своїми руками? Сонячний водонагрівач Водяна сонячна батарея своїми руками.

Сонце - найбільше джерело безпечної та безкоштовної енергії. І якщо раніше люди не могли використовувати її, то зараз існують технології, які допомагають забезпечити будинок теплом та гарячою водою лише за рахунок сонця. Використання колекторів – економічно вигідний і доступний спосіб зробити заміський будинок комфортнішим. Потрібно лише правильно вибрати геліоколектор (або зробити самостійно), а потім впровадити його в існуючу систему опалення.

Що таке сонячний водонагрівач

Колектор (водонагрівач) - це прилад, який збирає енергію сонячних променів і перетворює її на тепло. Сонце нагріває теплоносія, що знаходиться в колекторі, який далі використовується для влаштування гарячого водопостачання та опалення або вироблення електроенергії.

Прилади, пов'язані з енергією сонця, правильно називати геліоустановками або геліоколекторами (від імені давньогрецького бога сонця Геліоса).

Сучасні сонячні водонагрівачі можуть бути складними, але прилад для власних потреб виготовити самостійно будь-якому власнику приватного будинку. Головне - розібратися, для чого необхідний цей пристрій.

Три колектори повністю забезпечують потреби сім'ї в гарячій воді та опаленні

Сфера використання геліоустановок

У нашій країні словосполучення сонячний водонагрівач у багатьох все ще асоціюється з чорним баком на даху будки літнього душу, але в усьому світі ця технологія успішно використовується. Геліоколектори поширені в південних регіонах Європи. Мешканці приватних будинків в Італії, Іспанії та Греції згідно із законом зобов'язані користуватися сонячними водонагрівачами. Чи не відстає від заходу і Китай. Там сонячні водонагрівачі встановлюють на дахах висоток та забезпечують гарячою водою усі квартири. У 2000 році у світі налічувалося стільки геліоустановок, що зібрані разом вони зайняли б понад 71 млн. м 2. Майже 15 млн. м 2 з них були б європейськими.

Сонячні вакуумні колектори майже повністю займають дахи китайських новобудов

Застосовуються такі прилади для гарячого водопостачання побутових приміщень та промислових будівель, опалення приватних будинків, адміністративних будівель, цехів. Найбільш затребувані вони у харчовій та текстильній промисловості, оскільки саме у цій сфері є безліч виробничих процесів із використанням гарячої води.

У приватному секторі на кожну людину з Німеччини припадає 0,14 м2 площі сонячного колектора, з Австрії – 0,45 м2, з Кіпру – 0,8 м2, а з Росії – 0,0002 м2. Інтенсивність сонячного освітлення у Росії лише 0,5 кВт*ч/м 2 менше, ніж Півдні Німеччини.Це означає, що низька популярність сонячних колекторів у північних регіонах обумовлена не географічними причинами.

З великою системою колекторів можна підігрівати навіть воду для басейну

Види сонячних колекторів

Інженери розробили плоскі, трубчасті із вакуумом, концентратори з параболоциліндричними відбивачами, повітряні, сонячні вежі та інші види установок. Найбільш затребуваними для побутових цілей залишаються плоскі та вакуумні водонагрівачі.

Таблиця: порівняльна характеристика плоских та вакуумних колекторів

Плоский колектор	Вакуумний колектор
Легко робиться своїми руками із підручних матеріалів.	Виготовляється у промислових умовах або збирається із заводських деталей.
Швидко окупається.	Окупається втричі довше за плоский.
Рідше перегрівається у спеку.	Не допускає повернення накопиченого тепла у довкілля.
Ефективно працює влітку або в країнах із спекотним кліматом.	Підходить для холодних регіонів, працює взимку при температурі до -30°С.
Має високу парусність, тому сильний порив вітру може зірвати його з даху.	Вітер вільно проходить між вакуумними трубками, тому ймовірність, що колектор не постраждає від бурі, вища.
Сам очищається від снігу, інею та льоду.	Продуктивність у 2-3 рази вища, ніж у плоского колектора (при рівних площах).

Особливості плоских сонячних водонагрівачів

Пристрій є панель, всередині якої розташовані мідні трубки з темним покриттям. У них нагрівається вода, яка потім збирається в баку та застосовується для ГВП (гарячого водопостачання). Якщо робити колектор самостійно, то дорогі складники можна замінити на доступні матеріали:

замість мідних трубок можна взяти сталеві, поліетиленові або радіатор від старого холодильника;
дерев'яний каркас здатний стати заміною на металевий, хоч він і важить більше;
хромований поглинач замінить звичайна чорна фарба;
як захисна кришка непогано послужить лист скла або стільникового полікарбонату, а утеплювача - пінопласт.

Головне - забезпечити герметичність панелі, але для цього достатньо всі шви закласти будівельним силіконом. Основним недоліком таких приладів вважається те, що нагрітий теплоносій випромінює тепло повітря і трохи охолоджується до надходження в накопичувальний бак. Використання теплоізоляції та герметизація швів покликані боротися саме з цим ефектом.

Дорогі деталі промислового колектора можна замінити дешевшими аналогами, наприклад, використовувати замість мідних трубок сталеві, а каркас приладу зробити дерев'яним

Якщо воду з плоского колектора не забирати, у спекотний сонячний день вона здатна нагрітися до 190–210 о С, що може призвести до розриву трубок із теплоносієм або сполучних елементів. Тим, хто користується сонячним водонагрівачем час від часу, важливо встановити накопичувальний бак, здатний усунути надлишковий тиск у трубках. Ще один варіант - як поглинач тепла використовувати мінеральну олію, а не воду. Його температура кипіння вища, що знижує ризик пошкодження системи. У такому разі знадобиться теплообмінник, в якому масло передаватиме накопичене тепло воді без безпосереднього контакту.

Плоскі сонячні колектори дешевше та простіше у виготовленні, але придатні тільки для літньої експлуатації на дачі або як допоміжний водонагрівач. Використовуйте їх лише для ГВП.

Особливості вакуумних колекторів

Сонячні водонагрівачі цього виду складаються з окремих трубок, кожна з яких знаходиться в безповітряному середовищі. Така конструкція дозволила знизити тепловтрати на шляху від колектора до накопичувального бака та збільшити ефективність системи. Завдяки цьому вакуумні колектори відмінно працюють у період зміни сезонів (осінь, весна) та взимку.

У вакуумних сонячних водонагрівачах також використовуються мідні трубки, оскільки цей матеріал забезпечує хорошу теплопередачу та одночасно гігієнічність. Інші елементи аналогічні: скло (боросилікатне для кращого пропускання тепла), під ним чорний шар, що поглинає, трубка з теплоносієм і підкладка. Герметичність системи забезпечити простіше, оскільки шов лише один - з'єднання між трубкою та накопичувальним баком.

Холодна вода поступово нагрівається від почергового контакту із гарячими мідними трубками. Тепло з вакуумної геліоустановки приділяється тільки так, тому важливо забезпечити йому регулярний приплив холодної води, тобто використовувати гарячу протягом усього дня. Для збільшення стійкості системи як теплоносій у вакуумних сонячних колекторах використовується антифриз. Він добре переносить нагрівання до 300 про Зі не замерзає, як у похмурий день температура приладу знижується до -40 про З.

Для цілорічного ГВП та опалення заміського будинку необхідний вакуумний сонячний колектор. Він дорожчий, але ефективніший і надійніший за плоский.

Своїми руками створити повноцінний вакуумний сонячний колектор неможливо: виготовлення товстостінної трубки з боросилікатного скла немислимо в кустарних умовах. Тому більш надійним варіантом стане покупка заводських колб (пропонуються коаксіальні та пір'яні різновиди) та складання геліоводонагрівача на місці. Але оскільки навіть така робота вимагає незвичайних слюсарних навичок, краще купити готовий виріб з гарантією від виробника.

В яку систему інтегрувати сонячний водонагрівач

Щоб гаряча вода почала витікати з крана, важливо не лише вибрати колектор, але й створити для нього цілу систему із накопичувального бака, з'єднувальних труб, кранів та інших елементів.

Типи циркуляції

Необхідно визначити, чи зможете ви встановити накопичувальний бачок вище рівня колектора. Від цього залежить, який із двох типів циркуляції буде в системі.

Природна циркуляція створюється через різницю в щільності холодної та гарячої води. Нагріта рідина прагне піднятися, як і зумовлює таке розташування накопичувального бака. Якщо дах має складну конструкцію, оберіть добре освітлене місце для розміщення колектора та поставте бак під ковзаном.
Системи з примусовою циркуляцією працюють завдяки насосу, що перекачує теплу воду підготовлений бак. При цьому з'являється можливість розмістити елементи системи далеко один від одного, наприклад поставити накопичувальний бак на горищі або в підвалі. Це краще для екстер'єру, що вимагає менше зусиль на теплоізоляцію самого бака. Але труби, що ведуть від колектора до резервуара, обов'язково забезпечують теплоізоляцію, інакше є ризик розгубити все тепло по дорозі. Примусова циркуляція вимагає використання електроенергії, тому якщо на дачі немає або часто пропадає електрика, такий варіант не підійде.

Якщо ви вирішили використати в колекторі масляний теплоносій, передбачте насос для примусової циркуляції. Інакше через низький коефіцієнт розширення олії система просто не працюватиме.

Вибір типу контуру циркуляції

Поширені три типи систем:

З розімкненим контуром. Це найпростіший варіант для постачання будинку гарячою водою. Його основна відмінність у тому, що теплоносієм у колекторі обов'язково є вода.Спочатку вона нагрівається у трубках, потім надходить у накопичувальний бак, а далі – безпосередньо в кран на кухні чи ванній кімнаті. Тобто вода не циркулює по колу, а в розімкнутому контурі щоразу нагрівається нова порція.
Одноконтурна. Вона краща, коли за допомогою сонячного тепла передбачається опалювати будинок або зробити дешевшою експлуатацію електричного опалення. Її відмінність у тому, що нагріта сонцем вода надходить у опалювальні труби.Теплоносій рухається у системі по колу. Це замкнений цикл циркуляції. Оскільки сонячний колектор використовується взимку та в міжсезоння, вибирайте вакуумні моделі та включайте до системи додатковий обігрівач. Електричний або газовий котел допомагає довести теплоносій до потрібної температури в холодні та похмурі дні, а також уночі.
Двоконтурна. Цей варіант передбачає передачу тепла від колектора до системи через особливий теплообмінник. Оскільки прямого контакту між теплоносієм та водою немає, у колекторі використовують олію або антифриз. Система оптимальна для заміських будинків, де люди проживають протягом усього року. У ній колектор використовують і для гарячого водопостачання, і для опалення одночасно.Як правило, в неї інтегрується також котел та/або бойлер для додаткового підігріву води, а колекторів використовується декілька (залежно від кількості кліматичних характеристик регіону, що проживають).
У двоконтурній системі циркуляції немає прямого контакту між теплоносієм сонячного водонагрівача та водою

Система циркуляції з розімкненим контуром ефективна для ГВП дачі, двоконтурна - для повного постачання (ГВП та опалення) заміського будинку.

Як зробити плоский сонячний колектор своїми руками

Для цього потрібен креслення. Також знадобиться розрахувати площу водонагрівача відповідно до потреб сім'ї. Цей параметр визначається за формулою: A=K*F*SF/(G*η)AW=1/(G*η)A=K*F*SF*AW, де:

А – площа колекторів, м2;
AW - наведена площа, яка здатна генерувати 1кВт * год за день, м2 * день / (кВт * год);
Η – ККД одного колектора, %;
G - повне випромінювання сонця протягом дня, властиве даної місцевості, кВт*час/(м2*день);
К - коефіцієнт, що враховує величину кута нахилу колекторів та їхню орієнтацію щодо сторін світла;
F - енергія, необхідна нагрівання води на добу, кВт*год/день;
SF - частка енергії сонця у покритті потреби у теплі, %.

Для будівництва колектора знадобиться докладний креслення із зазначенням кількості та розміру деталей

Інструменти та матеріали для роботи

Для виготовлення плоского геліоколектора розміром 2,28х1,9х0,1 м з металопластиковими трубами та дерев'яним каркасом знадобиться:

ножівка або лобзик для різання дерева та фанери;
ножиці для металопластикових труб;
шуруповерт;
кисті та фарбопульти або балончик аерозольної фарби для чорніння змонтованих труб.

Послідовність дій:

Зберіть короб для основи колектора з двох листів фанери розміром 1,52 х1, 52 м товщиною 1 см. Один з них розкриєте для створення бортиків на деталі: розміром 0,76 х0, 38 м - 4 шт. 1 шт.
Пофарбуйте внутрішню поверхню одержаного короба чорною матовою фарбою, а зовнішню - білою або покрийте захисним лаком.
Створіть раму для кріплення короба із бруса перетином 5х5 см, згідно з прикладеною схемою. Усього знадобиться 60 м бруса. Перед збиранням важливо обробити деталі антисептиком для дерева, щоб захистити матеріал від опадів та температурних перепадів. Кріпіть деталі між собою шурупами по дереву із застосуванням металевих куточків 5х5 см.
Закріпіть короб на підготовленій підставці і подальше збирання проводите на цьому похилому стенді.
Зробіть розмітку, де проходитимуть труби, та в потрібних місцях кріплення для них. Їх теж пофарбуйте в чорний, щоб не збільшувати втрати тепла.
Наріжте металопластикові труби товщиною 0,5 дюйми на фрагменти необхідної довжини. Щоб не зробити помилку, використовуйте перший фрагмент як еталонний зразок.Повинно вийти 45 штук по 2,14 м-коду.
Зберіть змійку із труб на стенді, використовуючи на поворотах фітинги для металопластикових труб. Усього необхідно по 44 кутових коліна типу «мама-мама» та «мама-тато» та 88 перехідників з металопластикової труби на штуцер. Для герметизації з'єднань використовуйте нитку ущільнювача.На початку та в кінці змійки закріпіть перехідники для підключення шлангів подачі та відведення води.
Пофарбуйте конструкцію в чорний колір з фарбопульта або балончика.
Змійовик колектора фарбують чорною фарбою
Підключіть змійовик до насоса та переконайтеся, що при перекачуванні води не виникає текти. Якщо якесь з'єднання недостатньо герметично, злийте воду і перезберіть його, а потім знову перевірте.
Закрийте верх коробки прозорим склом або монолітним полікарбонатом. Якщо немає можливості використовувати цілісний аркуш, зробіть алюмінієву рамку у розмірі наявних фрагментів (краще не більше чотирьох) і надійно закріпіть панелі. Кожен стик ретельно обробіть прозорим силіконом, щоб водонагрівач був герметичним.

За описаною схемою збирають колектор потужністю 16-2 кВт.

Для здешевлення пристрою використовують гнучку трубу зі зшитого поліетилену. Вона спочатку чорна та монтується змійкою за допомогою всього двох фітингів. Але в цьому випадку вода стикається не з гігієнічним металом (як в описаному випадку), а з пластиком. Це небажано, якщо вода призначена для приготування їжі.

Відео: як зробити плоский сонячний водонагрівач з мідними трубками

Монтаж геліоколектора

Пристрій встановлюється на даху. Цей варіант підходить і для заміських будинків, і багатоповерхівок. Краще, якщо дах скатний та кут нахилу наближений до широти цього регіону.У такому випадку потрібно прикріпити на її південній стороні кронштейни до дошок через покрівельний матеріал. Колектор розміщуватиметься на 15–20 см вище за рівень даху паралельно скату. Це найбільш гармонійне рішення, особливо, якщо в будинку використовується кілька водонагрівачів. Іноді колектор утоплюють у дах, щоб захисний екран опинився на одному рівні з декоративним покриттям покрівлі. Але такий спосіб набагато витратніший і може послабити конструкцію даху.

Найкраще монтувати систему плоских колекторів на скатному даху

На плоских дахах колектори монтують на спеціальні конструкції, що утримують під заданим кутом. Підставки можна придбати готовими або зварити самостійно із куточків. До основи металоконструкція кріпиться великими анкерними болтами.

На плоскому даху колектори монтують на спеціальні конструкції.

На дачах сонячні колектори встановлюють поряд із будинком чи басейном на відкритій сонячній ділянці.У такому разі вибирають місце на вже створеному майданчику або обладнають надійну основу окремо. Для цього знадобиться прямокутний майданчик із утрамбованою насипною подушкою, гідроізоляцією та покриттям із тротуарної плитки, керамограніту, іншого міцного твердого та погодостійкого матеріалу. Згодом на ній монтується металева або дерев'яна підставка-мольберт, на яку і кріпиться геліоколектор.

Встановлення сонячного колектора на опори, що не мають загальної основи, вважається менш надійним варіантом, але допомагає заощадити місце

Обслуговування сонячного колектора

Як і будь-яке інше обладнання, пристрій потребує обслуговування. Найпоширеніші роботи:

Якщо колектор був куплений, при першій поломці варто викликати майстра, а в гарантійний період - звернутися до представника виробника. Саморобний сонячний водонагрівач доведеться ремонтувати самотужки, але знайти поломку і усунути її у виробі власного виготовлення набагато простіше, ніж у заводському. Досвід майстрів з ремонту колекторів підказує, що спочатку потрібно перевірити стан клапанів, датчиків, накопичувального бака та насоса, тому що вони менш надійні, ніж сама геліоустановка.

У системах ГВП з геліоколектором найчастіше виходять з ладу клапани та датчики

Відео: інструкція зі збирання сонячного колектора з алюмінієвих банок

Власники сонячних колекторів впевнені: варто якось оцінити можливості цього пристрою, і без нього вже просто неможливо обійтися. Тепер і ви можете забезпечити будинок або дачу дешевим та безпечним теплом.

Рівень розвитку сучасних технологій та матеріалів настільки високий, що не використовувати енергію сонця – це нерозумно з фінансового боку та злочинно по відношенню до навколишнього середовища. На жаль, придбання промислових установок для отримання електроенергії та тепла ірраціонально через їх високу вартість. Проте вихід є: зробити продуктивний геліоколектор власноруч із матеріалів, які можна знайти у найближчому будівельному магазині.

Призначення геліоколектора, його переваги та недоліки

Сонячний водонагрівач (рідинний геліоколектор) - це пристрій, який за допомогою енергії Сонця нагріває теплоносій. Він застосовується для опалення приміщень, організації гарячого водопостачання, підігріву води у басейнах тощо.

Сонячний колектор забезпечить будинок гарячою водою та теплом

Передумовами для використання екологічного водонагрівача є той факт, що сонячне випромінювання падає на Землю цілий рік, хоч і відрізняється інтенсивністю взимку та влітку. Так, для середніх широт добова кількість енергії в холодну пору року досягає 1–3 кВт*год на 1 кв.м, тоді як у період з березня до жовтня ця величина варіюється від 4 до 8 кВт*год/м 2 . Якщо ж говорити про південні регіони, цифри можна сміливо збільшувати на 20–40%.

Як видно, ефективність роботи установки залежить від регіону, але навіть на півночі нашої країни геліоколектор забезпечить потребу в гарячій воді - головне, щоб на небі було менше хмар. Якщо ж говорити про середню смугу і південні області, то установка, що працює від Сонця, зможе замінити бойлер і перекрити потреби теплоносія опалювальної системи в зимовий час. Зрозуміло, йдеться про продуктивні водонагрівачі в кілька десятків квадратних метрів.

Економити кошти із сімейного бюджету допоможе сонячна батарея. Виготовити її самостійно допоможе наступний матеріал:

Таблиця: розподіл сонячної енергії регіонами

Середня денна сума сонячної радіації, кВт * год / м 2
Мурманськ	Архангельськ	Санкт-Петербург	Москва	Новосибірськ	Улан-Уде	Хабаровськ	Ростов-на-Дону	Сочі	Знахідка
2,19	2,29	2,60	2,72	2,91	3,47	3,69	3,45	4,00	3,99
Середня денна сума сонячної радіації у грудні, кВт*год/м 2
0	0,05	0,17	0,33	0,62	0,97	1,29	1,00	1,25	2,04
Середня денна сума сонячної радіації у червні, кВт*год/м2
5,14	5,51	5,78	5,56	5,48	5,72	5,94	5,76	6,75	5,12

Геліоколектори, побудовані в домашніх умовах, не йдуть ні в яке порівняння з пристроями заводського виготовлення, але й саморобна сонячна установка скоротить витрати на підігрів води в побутових цілях і заощадить електрику при підключенні до пральної та посудомийної машини.

Переваги сонячних водонагрівачів:

відносно проста конструкція;
висока надійність;
ефективна експлуатація незалежно від пори року;
тривалий термін служби;
можливість економії газу та електроенергії;
не потрібен дозвіл на встановлення обладнання;
невелика маса;
простота монтажу;
повна автономність.

Щодо негативних моментів, то без них не обходиться жодна установка для отримання альтернативної енергії. У нашому випадку до мінусів належать:

висока вартість заводського обладнання;
залежність ККД геліоколектора від пори року та географічної широти;
схильність до градобития;
додаткові витрати на встановлення теплоакумулюючої ємності;
залежність енергетичної ефективності пристрою від хмарності.

Розглядаючи плюси та мінуси сонячних водонагрівачів, не варто забувати і про екологічний бік питання - подібні установки безпечні для людини і не завдають шкоди нашій планеті.

Заводський геліоколектор нагадує конструктор, за допомогою якого можна швидко зібрати установку необхідної продуктивності

Види сонячних водонагрівачів: вибір конструкції для самостійного виготовлення

Залежно від температури, яку розвивають геліонагрівачі, розрізняють:

низькотемпературні пристрої – розраховані на підігрів рідини до 50 °C;
середньотемпературні геліоколектори - підвищують температуру води на виході до 80 °C;
високотемпературні установки – нагрівають теплоносій до температури кипіння.

У домашніх умовах можна збудувати сонячний водонагрівач першого або другого типу. Для виготовлення колектора високих температур знадобиться промислове обладнання, нові технології та дорогі матеріали.

За конструкцією всі рідинні геліоколектори поділяються на три види:

пласкі водонагрівачі;
вакуумні термосифонні пристрої;
геліоконцентратори.

Плоский сонячний колектор є невисоким теплоізольованим коробом. Усередині встановлена світлопоглинаюча пластина та трубчастий контур. Поглинаюча панель (абсорбер) має підвищену теплопровідність. За рахунок цього вдається досягти максимальної передачі енергії теплоносія, що циркулює по контуру водонагрівача. Простота та ефективність плоских установок відбито у численних конструкціях, розроблених народними умільцями.

Всередині плоского геліоколектора - світлопоглинаюча пластина і трубчастий контур

Принцип дії вакуумних сонячних водонагрівачів ґрунтується на ефекті термоса. В основі конструкції лежать десятки подвійних скляних колб. Зовнішня трубка виготовляється з удароміцного, загартованого скла, яке протистоїть граду та вітру. Внутрішня трубка має спеціальне напилення для збільшення світлопоглинаючої здатності. З місця між елементами колби відкачано повітря, що дозволяє уникнути теплових втрат. У центрі конструкції проходить мідний тепловий контур, заповнений легкокиплячим теплоносієм (фреоном) – він є нагрівачем вакуумного геліоколектора. У процесі технологічна рідина випаровується та передає теплову енергію робочої рідини головного контуру. У цій якості найчастіше використовується антифриз. Така конструкція забезпечує працездатність системи за температури до -50 °C. У домашніх умовах побудувати таку установку складно, тому саморобних конструкцій вакуумного типу налічуються одиниці.

В основі конструкції вакуумного геліоколектора - безліч подвійних скляних колб.

Геліоконцентратор в основі має сферичне дзеркало, здатне фокусувати сонячне випромінювання у крапку. Нагрівання рідини відбувається у спіральному металевому контурі, який розміщують у фокусі установки. Перевагою геліоконцентраторів є здатність розвивати високу температуру, але необхідність у системі стеження за Сонцем знижує їхню популярність у саморобників.

Побудувати продуктивний геліоконцентратор у домашніх умовах – завдання непросте

Для виготовлення в домашніх умовах найкраще підходять плоскі сонячні нагрівачі, побудовані з використанням теплоізоляційних матеріалів, скла з високою пропускною здатністю та мідних абсорберів.

Пристрій та принцип дії плоского геліоколектора

Саморобний сонячний водонагрівач складається із плоскої дерев'яної рами (короба) із глухою задньою стінкою. На дні розміщується головний елемент пристрою – абсорбер. Найчастіше він виготовляється із металевого листа, приєднаного до трубчастого колектора. Від контакту пластини абсорбера із трубами теплообмінника залежить ефективність передачі енергії, тому ці деталі приварюють або припаюють безперервним швом.

Сам рідинний контур є масивом з вертикально встановлених трубок. У верхній та нижній частині вони приєднуються до горизонтальних труб збільшеного діаметра, які призначаються для подачі та відбору теплоносія. Вхідний і вихідний отвір для рідини мають діагонально - за рахунок цього забезпечується повний від'єм тепла від елементів теплообмінника. Як теплоносій використовується антифриз для систем опалення або інші розчини, що незамерзають.

Абсорбер покривається світлопоглинаючою фарбою, зверху кладуть скло, а короб захищають шаром теплоізоляції. Для спрощення завдання площу скління ділять на частини, а щоб збільшити продуктивність, застосовують склопакети. Закрита конструкція створює в геліоколекторі ефект термоса і одночасно запобігає втратам тепла через вітер, дощ та інші зовнішні фактори.

Сонячний водонагрівач працює так:

Нагріта в геліоколлекторі незамерзаюча рідина піднімається по трубках і через гілку відбору теплоносія потрапляє в ємність, що теплоакумулює.
Переміщаючись теплообмінником, встановленим усередині бака-акумулятора, антифриз віддає тепло воді.
Охолоджена робоча рідина надходить у нижню частину контуру сонячного водонагрівача.
Нагріта в баку вода піднімається та відбирається для потреб гарячого водопостачання. Поповнення рідини в теплоакумулюючій ємності відбувається за рахунок водопроводу, підключеного до нижньої частини. Якщо геліоколектор працює як нагрівач системи опалення, то для кругообігу води в замкнутому вторинному контурі застосовують циркуляційний насос.

Постійне рух теплоносія та наявність теплового акумулятора дозволяє накопичити енергію за той час, поки світить сонце, і поступово витрачати її навіть тоді, коли світило ховається за горизонтом.

Схема підключення сонячного колектора до накопичувальної ємності не така складна

Варіанти саморобних сонячних установок

Особливістю сонячних водонагрівачів, збудованих своїми руками, є те, що практично всі пристрої мають однакову конструкцію теплоізольованого короба. Часто каркас збирається з пиломатеріалів і покривається мінеральною ватою і плівкою, що тепловідбиває. Що ж до абсорбера, то для його виробництва використовують металеві та пластикові труби, а також готові вузли від непотрібного побутового обладнання.

З садового шлангу

Складений равликом садовий шланг або водопровідна труба ПВХ має велику площу поверхні, що дозволяє використовувати подібний контур як водонагрівач для потреб літнього душу, кухні або підігріву басейну. Зрозуміло, для цього краще брати матеріали чорного кольору і обов'язково використовувати накопичувальну ємність, інакше в пік літньої спеки абсорбер буде перегріватися.

Плоский колектор із садового шланга - найпростіший спосіб підігрівати воду в басейні

З конденсатора старого холодильника

Зовнішній теплообмінник холодильника або морозильної камери, що відслужив свій термін, є готовим абсорбером геліоколектора. Все, що залишається зробити - дообладнати його листом теплопоглинаючим і встановити в корпус. Звичайно, продуктивність такої системи буде маленькою, але в теплу пору року водонагрівач із деталей холодильного обладнання перекриє потреби в гарячій воді невеликого заміського будинку чи дачі.

Теплообмінник старого холодильника є практично готовим абсорбером для невеликого геліонагрівача

З плоского радіатора системи опалення

Виготовлення геліоколектора зі сталевого радіатора не вимагатиме навіть монтажу абсорбуючої пластини. Достатньо покрити пристрій чорною жаростійкою фарбою та змонтувати його у герметичний кожух. Продуктивності однієї установки з лишком вистачить для системи гарячого водопостачання. Якщо зробити кілька водонагрівачів, то можна заощадити на опаленні будинку в холодну сонячну погоду. До речі, зібрана з радіаторів геліоустановка обігріє підсобні приміщення, гараж чи теплицю.

Сталевий радіатор системи опалення послужить основою для будівництва екологічного водонагрівача

З поліпропіленових або поліетиленових труб

Труби з металопластику, поліетилену та поліпропілену, а також фітинги та пристрої для їх монтажу дозволяють будувати контури геліосистем будь-якої площі та конфігурації. Такі установки мають хорошу продуктивність і використовуються для обігріву приміщень та отримання гарячої води на господарські потреби (кухня, ванна тощо).

Достоїнство геліоколектора з пластикових труб - невисока вартість та простота монтажу

З мідних трубок

Абсорбери, побудовані з мідних пластин і трубок, мають найвищу тепловіддачу, тому з успіхом застосовуються для підігріву теплоносія опалювальних систем і в гарячому водопостачанні. До недоліків колекторів з міді належать великі трудовитрати та вартість матеріалів.

Застосування мідних труб та пластин для виготовлення абсорбера гарантує високу продуктивність геліоустановки

Методика розрахунку геліоколектора

Розрахунок продуктивності сонячного геліоколектора ведуть виходячи з того, що на 1 кв.м установки в ясний день припадає від 800 до 1 тис. Вт теплової енергії. Втрати цього тепла на звороті та стінках споруди розраховуються за коефіцієнтом теплоізоляції використовуваного утеплювача. Якщо застосовувати пінополістирол, то для нього коефіцієнт тепловтрат дорівнює 0,05 Вт/м × °C. При товщині матеріалу в 10 см і різниці температур усередині та зовні конструкції 50 °C втрати теплової енергії становлять 0,05/0,1 × 50 = 25 Вт. З урахуванням бічних стінок і труб цю величину подвоюють. Таким чином, сумарна кількість енергії, що йде, складе 50 Вт з 1 кв.м поверхні сонячного нагрівача.

Для нагрівання 1 л води на один градус потрібно 1,16 Вт теплової енергії, тому для нашої моделі геліоколектора площею 1 кв.м і температурного перепаду 50 °C вдасться отримати умовний коефіцієнт продуктивності 800/1,16 = 689,65/кг × ° C. Ця величина показує, що встановлення площею 1 кв.м протягом години підігріє 20 літрів води на 35 °C.

Розрахунок необхідної продуктивності сонячного водонагрівача ведуть за формулою W = Q × V × δT, де Q - теплоємність води (1,16 Вт / кг × ° C); V – об'єм, л; δT - різниця температур на вході та виході з установки.

Статистика каже, що для однієї дорослої людини потрібно 50 л гарячої води на добу. У середньому для гарячого водопостачання достатньо підняти температуру води на 40 °C, що при розрахунку за цією формулою вимагає витрат енергії W = 1,16 × 50 × 40 = 2,3 кВт. Щоб дізнатися площу геліоколектора, це значення потрібно розділити на кількість сонячної енергії, що припадає на 1 кв.м поверхні на даній географічній широті.

Розрахунок необхідних параметрів геліоустановки

Виготовлення сонячного водонагрівача з мідним абсорбером

Пропонований до виготовлення геліоколектор у зимовий сонячний день розігріває воду до температури вище 90 °C, а в похмуру погоду - до 40 °С. Цього вистачить, щоби забезпечити будинок гарячою водою. Якщо ж ви хочете опалювати сонячною енергією житло, то знадобиться кілька таких установок.

Необхідні матеріали та інструмент

Для виготовлення водонагрівача знадобляться:

листова мідь завтовшки щонайменше 0,2 мм розмірами 0,98×2 м;
мідна трубка Ø10 мм завдовжки 20 м;
мідна трубка Ø22 мм завдовжки 2,5 м;
різьблення 3/4˝ - 2 шт;
заглушка 3/4? - 2 шт;
м'який припій SANHA або ПОС-40 - 0,5 кг;
флюс;
хімреактиви для чорніння абсорбера;
плита OSB завтовшки 10 мм;
куточки меблеві – 32 шт;
базальтова вата завтовшки 50 мм;
листовий тепловідбивний утеплювач товщиною 20 мм;
рейка 20х30 – 10м;
дверний або віконний ущільнювач – 6 м;
віконне скло завтовшки 4 мм або склопакет 0,98 х2, 01 м;
саморізи;
фарби.

Крім цього, підготуйте такі інструменти:

електричний дриль;
набір свердел по металу;
«коронка» або фреза для деревини Ø20 мм;
труборіз;
газова горілка;
респіратор;
малярська кисть;
набір викруток або шуруповерт;
електричний лобзик.

Для опресування контуру також знадобиться компресор та манометр, розрахований на тиск до 10 атмосфер.

Для паяння м'яким припоєм підійде простий газовий пальник

Інструкція з ходу робіт

За допомогою труборізу мідну трубку нарізають на шматки. Вийдуть 2 частини Ø22 мм завдовжки 1,25 м і 10 елементів Ø10 мм завдовжки 2 м.
У товстих трубах роблять відступ від краю 150 мм і виконують по 10 свердлінь Ø10 мм через кожні 100 мм.
В отвори вставляють тонкі трубки так, щоб вони виступали всередину не більше ніж на 1-2 мм. В іншому випадку в радіаторі з'являтимуться зайві гідравлічні опори.
Використовуючи газовий пальник, термофен та припій, всі частини радіатора з'єднують між собою.
Контур геліоколектора працює під тиском, тому особливу увагу приділяють герметичності з'єднань.

Для збирання радіатора можна використовувати спеціальні фітинги, але в такому разі значно збільшиться вартість геліосистеми. Крім того, розбірні з'єднання не гарантують герметичність конструкції при змінних термодинамічних навантаженнях.
По діагоналях радіатора до труб 3/4˝ попарно припаюють заглушки та різьблення.
Закривши вихідне різьблення заглушкою, на вхід зібраного колектора нагвинчують штуцер і приєднують компресор.
Компресор приєднують за допомогою штуцера
Поміщають радіатор у ємність із водою і компресором нагнітають тиск 7-8 атм. По бульбашках, що піднімаються в місцях стиків, судять про герметичність паяних сполук.
Якщо відповідну ємність для перевірки колектора знайти не вдалося, можна зібрати її своїми руками. Для цього з підручних засобів (обрізки пиломатеріалів, цегла і т. д.) роблять короб або найпростіше загородження і застилають його поліетиленовою плівкою.
Після перевірки герметичності радіатор сушать та знежирюють. Потім приступають до припаювання мідного листа. Паяти полотно абсорбера до труб слід суцільним швом по всій довжині кожного елемента мідного контуру.
Паяння полотна абсорбера виконується суцільним швом.
Оскільки абсорбер геліоколектора виготовляється з міді, замість фарбування можна використовувати хімічне чорніння. Це дозволить отримати на поверхні справжнє селективне покриття на кшталт того, що отримують у заводських умовах. Для цього в ємність для перевірки герметичності наливають хімічний нагрітий розчин і укладають абсорбер лицьовою стороною вниз. Під час реакції підтримують температуру реактивів будь-яким доступним способом (наприклад, постійним прокачуванням розчину через ємність з кип'ятильником).
Чорнення міді - один із найбільш відповідальних етапів виготовлення абсорбера

Як рідина для хімічного чорніння можна використовувати розчин їдкого натру (60 г) і персульфату калію або надсірчанокислого амонію (16 г) у воді (1 л). Пам'ятайте, що ці речовини становлять небезпеку для людини, а сам процес окислення міді пов'язаний з виділенням шкідливих газів. Тому обов'язково застосування захисних засобів - респіратора, окулярів та гумових рукавичок, а самі роботи краще проводити на відкритому повітрі або в приміщенні, що добре вентилюється.
З листа OSB вирізають деталі для складання корпусу геліоколектора - днище 1х2 м, бічні сторони 0,16х2 м, верхню 0,18х1 м і нижню 0,17х1 м панелі, а також 2 опорні перегородки 0,13х0,98 м.
Рейку 20х30 мм нарізають на частини: 1,94 м – 4 шт. та 0,98 м - 2 шт.
У бічних стінках роблять отвори Ø20 мм для вхідного та вихідного патрубків, а в нижній частині колектора виконують 3-4 свердління Ø8 мм для мікровентиляції.
Отвори необхідні мікровентиляції
У перегородках роблять вирізи під трубки абсорбера.
З рейок 20х30 мм збирають опорну раму.
Скориставшись меблевими куточками та саморізами, раму обшивають панелями OSB. При цьому бічні стінки повинні спиратися на дно - це дозволить запобігти прогину корпусу. Нижню панель опускають на 10 мм від інших, щоб перекрити її склом. Це не дасть опадам потрапляти в середину рами.
Встановлюють внутрішні перегородки.
При складанні корпусу обов'язково використовують будівельний косинець, інакше конструкція може вийти до особливої.
Днище та боки корпусу утеплюють мінеральною ватою і вкривають рулонним тепловідбивним матеріалом.
Краще використовувати мінеральну вату з вологовідштовхувальним просоченням
Абсорбер укладають на підготовлений простір. Для цього демонтують одну із бічних панелей, яку потім ставлять на місце.
Схема внутрішнього «пирога» геліоколектора
На відстані 1 см від верхнього краю короба внутрішній периметр споруди обшивають дерев'яною рейкою 20х30 мм так, щоб стіни торкалися її широкої сторони.
По периметру проклеюють гуму ущільнювача.
Для герметичності використовують звичайний віконний ущільнювач
Укладають скло або склопакет, контур якого обклеюють віконним ущільнювачем.
Притискають конструкцію алюмінієвим куточком, у якому попередньо свердлять отвори для шурупів. На цьому етапі збирання колектора вважають завершеним.
У зібраному вигляді тощина геліоколектора становить близько 17 см

Щоб запобігти попаданню вологи та витоку тепла, на всіх етапах стики та місця сполучення деталей обробляють силіконовим герметиком. Для захисту конструкції від опадів деревину покривають спеціальним складом та фарбують емаллю.

Особливості встановлення та експлуатації рідинних нагрівальних колекторів

Для розміщення геліоколектора вибирають просторе місце, яке не затінюється весь світловий день. Монтажний кронштейн або підрамник виготовляють із дерев'яних рейок або металу з таким розрахунком, щоб нахил водонагрівача регулювався від 45 до 60 градусів від вертикальної осі.

Схема підключення геліонагрівача в системі з примусовим рухом теплоносія

Накопичувальний бак зменшення теплових втрат розміщують якомога ближче до установки.Залежно та умовами організують природну чи примусову циркуляцію теплоносія. В останньому випадку використовують контролер з термодатчиком, врізаним у вихідний патрубок. Прокачування робочої рідини по контуру включатиметься, коли її температура досягне запрограмованого значення.

Сезонно-працюючу систему заправляють водою, тоді як цілорічне використання сонячного водонагрівача вимагає застосування рідини, що незамерзає. Ідеальний варіант – спеціальний антифриз для геліосистем, але для економії використовують і рідини, призначені для автомобільних радіаторів або побутових опалювальних систем.

Відео: сонячний водонагрівач своїми руками

Будівництво геліоколектора - не тільки цікаве та захоплююче заняття. Сонячний водонагрівач заощаджуватиме ваш сімейний бюджет і стане доказом того, що захищати навколишнє середовище можна не лише на словах, а й реальними справами.

Завдяки різнобічним захопленням пишу на різні теми, але найулюбленіші - техніка, технології та будівництво. Можливо тому, що знаю безліч нюансів у цих галузях не лише теоретично, внаслідок навчання в технічному університеті та аспірантурі, а й із практичного боку, бо намагаюся все робити своїми руками.

Сонячний колектор є групою металевих пластин, які зазвичай встановлюються на південній стороні даху. Вони пофарбовані в чорний колір, тому що саме поверхня чорного кольору швидше нагрівається і довше тримає тепло. Ці металеві пластини поміщають у каркас із пластику.

Зазвичай на дах встановлюють декілька таких металевих колекторних листів,оскільки коли сонячні промені стосуються поверхні даху, то енергія, укладена в цих променях, рівномірно розподіляється по всій поверхні даху. Тому чим більше листів встановлені на схилі даху, тим більше енергії вони акумулюють.

Весь принцип роботи геліоустановок можна представити так:

По колектору спеціальними трубами переміщається теплоносій-вода.Циркуляція води може здійснюватися як природним, так і штучним, тобто за допомогою циркуляційних насосів. Спочатку колектор нагрівається від сонячних променів, потім це тепло передається теплоносія. Нагріта рідина далі тече по трубах і надходить в акумуляторний бак, який є спеціальним баком для води.

Стінки цього бака мають хорошу теплоізоляцію, щоб вона не втрачала тепло.Також у цей бак можуть бути вмонтовані додаткові електричні нагрівачі, які автоматично прийдуть у робочу фазу, якщо раптом на вулиці буде тривала похмура погода, і колектори не нагріватимуться. Вода в цьому баку може стояти скільки завгодно довго, допоки господарі не воліють використовувати її у своїх цілях.

Виходячи з вищесказаного, можна зробити висновок, що весь принцип роботи геліоустановок зводиться до того, щоб перетворити сонячну енергію на тепло.

Види

Існують кілька різновидів сонячних колекторів:

Плоскі.На сьогоднішній день представники цієї категорії мають велику популярність у сфері використання. Така геліоустановка складається з листа платини, що пофарбований у чорний колір. Цей лист укладений у металевий каркас, зовнішня сторона якого покрита склом, для кращого пропускання світла. У пристроях цього зроблено все, щоб до мінімуму знизити показник тепловтрат.

Скло для таких конструкцій виготовляється таким чином, щоб вміст заліза в ньому було якнайменше. Це сприяє кращому пропусканню сонячної енергії. Сонячна енергія проходить через скло та нагріває поверхню колектора, в якому рухається теплоносій. Далі цей теплоносій нагрівається за рахунок платинових пластин.

Колектори, які акумулюють сонячну енергію в геліоустановках, ще називають абсорбуючими пластинами. Їх виробляють не лише із платини. Замість неї можуть бути використані такі метали, як мідь та алюміній, що відрізняються високими показниками теплопровідності.

Рідинні.В установках такого типу як теплоносій використовують рідину. Теплообмінники встановлюються під абсорбуючим елементом і прикріплюються до нього знизу. Вони можуть мати вигляд змійовика, або окремих трубок, що паралельно йдуть один до одного. Змійовик, звичайно, є зручним варіантом, оскільки ризик можливої протікання зводиться до мінімуму. Рідинні геліоустановки можна розділити на два підвиди:

Розімкнені.У таких системах як теплоносій використовують воду. Вона нагрівається в установці і направляється в бак, звідки вона йде на користування. Такими системами користуватися незручно, тому що в період низьких температур вода замерзає і може розірвати труби.
Замкнуті.У системах цього типу роль теплоносія відіграє не вода, а спеціальна рідина, що незамерзає. В установці, вона нагрівається від сонячної енергії, і надходить у теплообмінник, що є бак, всередині якого є герметично закритий бак для води. Нагріта незамерзаюча рідина передає своє тепло воді, яка відразу нагрівається і йде на користування.

Повітряні.Якщо вода має ряд недоліків, такі як замерзання і закипання, використання повітря в якості теплоносія допоможе повністю виключити ці недоліки. Дійсно, повітря не замерзає за низьких температур, і також не закипає при високих температурах. Завдяки цим плюсам повітря є відмінним теплоносієм. До того ж у повітряних геліоустановках використовуються недорогі матеріали та й експлуатаційні роботи проводяться дуже легко.

У конструкцію сонячних геліоустановок входять кілька колекторів, роль яких відіграють металеві пластини. Між ними рухається теплоносій шляхом природної конвекції (є варіант, де використовують вентилятори). Потім нагріте повітря надходить у приміщення. Мінусом є те, що повітря є поганим переносником тепла.

Схема та конструкція

Конструкція самого сонячного колектора є лише частиною масштабної роботи. Справа в тому, що для правильної роботи всієї системи потрібно спроектувати правильну обв'язку. Тут буде розглянуто схему, в якій геліоустановка працює на два баки. Один із баків є тепловим акумулятором, який використовується для опалення, а інший – ГВП.

Зворотні клапани.Основна функція зворотних клапанів є перешкоджання зворотному струму води, тобто вона змушує воду текти в одному напрямку. У цій схемі зворотні клапани встановлюються на шляху виходу рідини з колектора, щоб рідина не надійшла назад у пристрій. Ще два зворотні клапани встановлюються на виході з баків.
Циркуляційні насоси.Вони мають важливе значення. У цій схемі представлено застосування двох насосів. Один із них встановлений на виході з бака ГВП, а інший – на виході із теплового акумулятора. Якщо працюватиме тільки насос, що стоїть біля ГВП, то вся система працюватиме тільки на нагрівання ГВП, а якщо буде працювати тільки насос, що стоїть поряд з акумуляторним баком, система працює тільки на даний елемент. Можна також увімкнути обидва насоси.
Запірний вентиль.У цій схемі, в акумуляторному баку теплоносій тече у двох змійовиках: у верхньому та нижньому. Справа в тому, що у верхньому змійовику опір більший, ніж у нижньому, тому більша частина води тече саме в нижньому змійовику. Щоб збалансувати потік теплоносія, необхідно встановити запірний клапан на вході рідини в даний бак.
Фільтр.Він обов'язково має бути присутнім у будь-якій системі. Його функція полягає у затримуванні великих частинок сміття, які є в рідині.
Витратомір.Він потрібний для того, щоб бачити, скільки літрів води протікає за одну хвилину. Цей показник регулюється за допомогою запірного вентиля.
Показник тиску.За допомогою цього елемента можна визначити рівень тиску у системі. Поруч встановлюють підривний клапан на випадок, якщо раптом тиск перевищить норму.
Розширювальний бак.У системі вода почне розширюватися за рахунок нагріву. Надлишки надходять у розширювальний бак, а при остиганні вони знову почнуть циркулювати. Якщо цього бака не буде, то надлишки вийдуть через підривний клапан, а при охолодженні в системі води не вистачатиме.
Повітровідвідники.У геліосистемах застосовують повітровідвідники автоматичного типу. Їх встановлюють у верхній частині системи. Він потрібен для того, щоб автоматично видаляти повітря, що накопичилося з системи.
Крани для зливу.Через цей кран теплоносій можна зливати з системи.

Ось із таких елементів складається система даної схеми.

Існують і інші конструкції, але весь принцип дії залишається таким же, тільки деякі клапани і вентилі можуть знадобитися більше або менше в залежності від схеми.

Необхідні матеріали та інструменти

Геліоустановки можна придбати у спеціальних закладах, але можна і зробити самому, оскільки покупка коштуватиме дуже дорого. Сонячні колектори в домашніх умовах можна зробити з різних матеріалів, таких як пластикові пляшки, шланг, поліпропілен, але найекономнішим у матеріальному плані та найлегшим є процес виготовлення сонячної батареї з радіатора строго холодильника.

Для цього знадобляться такі матеріали:

Килимок із гуми.
Скотч
Фольга.
Звичайне скло.
Дерев'яні бруси для виготовлення рами.
Пристрій для паяння.

Всі ці матеріали можна придбати без особливих витрат. Якщо вони вже є, то можна приступити до справи.

Як зробити сонячний колектор своїми руками – покрокова інструкція

Якщо старий холодильник вже знаходиться в неробочому стані, то не слід його викидати, тому що його конденсатор може стати чудовим матеріалом для збирання колектора. При виготовленні цього пристрою, слід керуватися наведеною нижче покроковою інструкцією:

Потрібно демонтувати конденсатор, добре промити, очистити від фреону, і виміряти.
Після того, як зробили необхідні виміри, слід приступити до виготовлення дерев'яної рами, тобто корпус. Для цього використовують дерев'яні бруси.
Тепер необхідно взяти фольгу та укласти його на дно виготовленого корпусу. Робиться це для того, щоб теплообмінник міг нагріватися не тільки з фронтового боку, але й з тильного.
Тепер, озброївшись скотчем, слід обклеїти всі щілинки по всьому периметру корпусу.
Потім необхідно прибити додаткові бруси з тильного боку пристрою. Це роблять для того, щоб теплообмінник був міцно закріплений.
Тепер у каркасі роблять невеликі отвори для відведення труб.
На нижній стороні рамки потрібно вмонтувати кілька шурупів, щоб скло трималося надійно та не сповзало.
Тепер накривають все це склом, і за допомогою скотчу герметизують усі отвори.

На цьому все! Залишилося тільки встановити його десь на даху, та обв'язати з рештою елементів опалювальної системи будинку.

Нюанси

При виготовленні та експлуатації колектора слід звернути увагу на наступні моменти:

Воду, нагріту за допомогою такого колектора, слід використовувати тільки для технічних потреб, оскільки в конденсаторі залишається фреон.
Зовсім необов'язково використовувати конденсатор холодильника, можна взяти і радіатор від автомобіля.
Якщо передбачено використання циркуляційного насоса, бак для накопичення води може бути встановлений абсолютно в будь-якому місці. Замість циркуляційного насоса високої потужності можна взяти звичайний акваріумний насос. Якщо ж у системі передбачена природна циркуляція рідини, то бак повинен бути розташований вище за сам колектор.

Енергоресурси. Безкоштовна сонячна енергія зможе як мінімум 6-7 місяців на рік забезпечувати теплу воду для господарських потреб. А в решту місяців – ще й допомагати системі опалення.

Але найголовніше, що простий сонячний колектор (на відміну, наприклад, від) можна виготовити самостійно. Для цього вам знадобляться матеріали та інструменти, які можна придбати у більшості будівельних магазинів. У деяких випадках буде достатньо того, що знайдеться у звичайному гаражі.

Представлена нижче технологія збирання сонячного нагрівача використовувалась у проекті "Увімкни сонце - живи комфортно". Вона була розроблена спеціально для проекту німецькою компанією Solar Partner Sued, яка професійно займається продажем, монтажем та сервісом сонячних колекторів та фотоелектричних систем.

Головна ідея – все має вийти дешево та сердито. Для виготовлення колектора використовуються досить прості та поширені матеріали, але його ефективність виходить цілком прийнятного рівня. Вона нижча, ніж у фабричних моделей, але різниця в ціні повністю компенсує цей недолік.

Сонячні промені проходять через скло та нагрівають колектор, а скління запобігає витоку тепла. Скло також перешкоджає руху повітря в абсорбері без нього колектор швидко втрачав би тепло через вітер, дощ, сніг або низькі зовнішні температури.

Раму слід обробити антисептиком та фарбою для зовнішніх робіт.

У корпусі робляться наскрізні отвори для подачі холодної та відведення нагрітої рідини з колектора.

Сам абсорбер фарбують жаростійким покриттям. Звичайні чорні фарби при високих температурах починають вилущуватися або випаровуватися, що призводить до потемніння скла. Фарба повинна повністю висохнути, перш ніж ви закріпите скляне покриття (для запобігання конденсації).

Під абсорбер закладається утеплювач. Найчастіше використовується мінеральна вата. Головне, щоб він витримував досить високу температуру протягом літа (іноді більше 200 градусів).

Знизу раму закривають ОСБ плитою, фанерою, дошками тощо. Основна вимога до цього етапу – переконатися, що низ колектора надійно захищений від попадання вологи всередину.

Для закріплення скла в рамі роблять пази або кріплять планки по внутрішній стороні рами. При розрахунку розмірів рами слід враховувати, що за зміни погоди (температури, вологості) протягом року її конфігурація трохи змінюватиметься. Тому на кожній стороні рами залишають кілька міліметрів запасу.

На паз або планку кріпиться гумовий віконний ущільнювач (D або Е-подібний). На нього кладеться скло, на яке так само наноситься ущільнювач. Зверху це все закріплюється оцинкованою бляхою. Таким чином, скло надійно закріплене в рамі, ущільнювач захищає абсорбер від холоду та вологи, а саме скло не зашкодить, коли дерев'яна рама "дихатиме".

Стики між листами скла ізолюються ущільнювачем або силіконом.

Щоб організувати сонячне опалення будинку, знадобиться накопичувальний бак. Тут зберігається нагріта колектором вода, тому варто подбати про його теплоізоляцію.

Як бак можна використовувати:

непрацюючі електричні бойлери
різні балони для газів
бочки для харчового використання

Головне - пам'ятати, що у герметичному баку буде створюватись тиск залежно від тиску водопровідної системи, до якої він буде підключений. Не кожна ємність здатна витримувати тиск у кілька атмосфер.

У баку роблять отвори для входу та виходу теплообмінника, введення холодної води та забору нагрітої.

У баку розміщується спіральний теплообмінник. Для нього використовують мідь, нержавіючу сталь чи пластик. Нагріта через теплообмінник вода підніматиметься вгору, тому його слід помістити в нижній частині бака.

Колектор з'єднується з баком за допомогою труб (наприклад, металопластикових або пластикових), проведених від колектора до бака через теплообмінник і у колектор. Тут дуже важливо запобігти витоку тепла: шлях від бака до споживача має бути максимально коротким, і труби мають бути дуже добре ізольованими.

Розширювальний бачок – це дуже важливий елемент системи. Він є відкритим резервуаром, розташованим у крайній верхній точці контуру циркуляції рідини. Для розширювального бачка можна використовувати металеву, так і пластикову ємність. З її допомогою контролюється тиск у колекторі (через те, що рідина від нагріву розширюється, можуть тріснути труби). Для зниження втрат тепла бачок також необхідно ізолювати. Якщо в системі є повітря, то він також може виходити через бачок. Через розширювальний бачок відбувається наповнення колектора рідиною.

Подорожчання традиційних джерел енергії спонукає власників приватних будинків підшукувати альтернативні варіанти обігріву житла та нагріву води. Погодьтеся, фінансова складова питання відіграє не останню роль у виборі опалювальної системи.

Один із найперспективніших способів енергозабезпечення – перетворення сонячного випромінювання. Для цього задіяні геліосистеми. Розуміючи принцип їх влаштування та механізм роботи, зробити сонячний колектор для опалення своїми руками не складе особливих труднощів.

Ми розповімо вам про конструктивні особливості геліосистем, запропонуємо просту схему складання та опишемо матеріали, які можна задіяти. Етапи робіт супроводжуються наочними фотографіями, матеріал доповнений відеороликами про створення та введення в експлуатацію саморобного колектора.

Сучасні геліосистеми – один із отримання тепла. Вони застосовуються як допоміжне опалювальне обладнання, що переробляє сонячне випромінювання на корисну власникам будинку енергію.

Вони здатні повністю забезпечити гаряче водопостачання та опалення в холодну пору року лише у південних регіонах. І те, якщо займають досить велику площу та встановлені на відкритих, не затінених деревами майданчиках.

Незважаючи на велику кількість різновидів, принцип роботи у них однаковий. Будь-яка є контуром з послідовним розташуванням приладів, що постачають теплову енергію, і передають її споживачеві.

Основними робочими елементами є або сонячні колектори. Технологія на фотопластинах дещо складніша, ніж трубчастого колектора.

У цій статті ми розглянемо другий варіант – колекторну геліосистему.

Сонячні колектори поки що служать допоміжними постачальниками енергії. Повністю перемикати опалення будинку на геліосистему небезпечно через неможливість прогнозувати чітку кількість сонячних днів.

Колектори є системою трубок, з'єднаних послідовно з вихідною і вхідною магістраллю або викладених у вигляді змійовика. По трубках циркулює технічна вода, повітряний потік або суміш води з будь-якою незамерзаючою рідиною.

Циркуляцію стимулюють фізичні явища: випаровування, зміна тиску та щільності від переходу з одного агрегатного стану в інший та ін.

Збір та акумуляція сонячної енергії проводиться абсорберами. Це суцільна металева пластина із зачорненою зовнішньою поверхнею, або система окремих пластин, приєднаних до трубок.

Для виготовлення верхньої частини корпусу кришки використовуються матеріали з високою здатністю до пропускання світлового потоку. Це може бути оргскло, подібні полімерні матеріали, загартовані види традиційного скла.

Для того щоб унеможливити втрати енергії з тильного боку приладу в короб укладається теплоізоляція

Треба сказати, що полімерні матеріали досить погано переносять вплив ультрафіолетових променів. Усі види пластику мають досить високий коефіцієнт теплового розширення, що часто призводить до розгерметизації корпусу. Тому використання таких матеріалів для виготовлення корпусу колектора варто обмежити.

Вода як теплоносій може застосовуватися тільки в системах, призначених для постачання додаткового тепла в осінній/весняний період. Якщо планується цілорічне використання геліосистеми перед першим похолоданням, технічну воду змінюють на суміш її з антифризом.

Якщо сонячний колектор встановлюється для обігріву невеликої будови, що не має зв'язку з автономним опаленням котеджу або централізованими мережами, споруджується найпростіша одноконтурна система з нагрівальним приладом на початку її.

У ланцюжок не включають циркуляційні насоси та нагрівальні пристрої. Схема дуже проста, але працювати вона може лише сонячним літом.

При включенні колектора у двоконтурну технічну споруду все набагато складніше, але й діапазон придатних для застосування днів суттєво збільшено. Колектор обробляє лише один контур. Переважне навантаження покладається на основний опалювальний агрегат, який працює на електроенергії чи будь-якому виді палива.

Домашні фахівці винайшли більш дешевий варіант - спіральний теплообмінник з .

Цікаве бюджетне рішення – абсорбер геліосистеми із гнучкої полімерної труби. Вибір підручних засобів, з яких можна виготовити теплообмінник сонячного колектора, досить широкий. Це може бути теплообмінник старого холодильника, поліетиленові водопровідні труби, сталеві панельні радіатори та ін.

Важливим критерієм ефективності є теплопровідність матеріалу, з якого виготовлений теплообмінник.

Для самостійного виготовлення оптимальним варіантом є мідь. Вона має теплопровідність, яка становить 394 Вт/м². У алюмінію цей параметр варіюється від 202 до 236 Вт/м2.

Однак велика різниця в параметрах теплопровідності між мідними та поліпропіленовими трубами зовсім не означає, що теплообмінник з мідними трубами видаватиме в сотні разів більші обсяги гарячої води.

За рівних умов продуктивність теплообмінника з мідних труб буде на 20% ефективнішою, ніж продуктивність металопластикових варіантів. Отже, теплообмінники, виготовлені з полімерних труб, мають право на життя. До того ж такі варіанти коштуватимуть набагато дешевше.

Незалежно від матеріалу труб, всі з'єднання як зварні, так і різьбові повинні бути герметичні. Труби можна розташовувати як паралельно друг до друга, і у вигляді змійовика.

Схема за типом змійовика зменшує кількість сполук – це знижує ймовірність протікання та забезпечує більш рівномірний рух потоку теплоносія.

Верх коробки, в якому знаходиться теплообмінник, закривається склом. Як альтернативу можна використовувати сучасні матеріали, типу акрилового аналога або монолітного полікарбонату. Світлопрозорий матеріал може бути не гладким, а рифленим чи матовим.

Висновки та корисне відео на тему

Процес виготовлення елементарного сонячного колектора:

Як зібрати та ввести в експлуатацію геліосистему:

Звичайно, самостійно зроблений сонячний колектор не зможе конкурувати з промисловими моделями. Використовуючи підручні матеріали, досить складно досягти високого ККД, яким володіють промислові зразки. Але й фінансові витрати будуть набагато меншими порівняно з придбанням готових установок.