Как сделать солнечный коллектор своими руками

Надувная лодка с электроприводом от солнечной батареи

Актуальность создания солнечного отопления частного дома своими руками

Получить полную автономию – мечта каждого владельца, затевающего частное строительство. Но действительно ли солнечная энергия способна отапливать жилой дом, особенно если устройство для ее накопления собрано в гараже?

Расчет мощности солнечного коллектора

В зависимости от региона солнечный поток может давать от 50 Вт/кв.м в пасмурный день до 1400 Вт/кв.м при ясном летнем небе. При таких показателях даже примитивный коллектор с низким КПД (45-50%) и площадью 15 кв.м. может выдавать в год около 7000-10000 кВт*ч. А это сэкономленные 3 тонны дров для твердотопливного котла!

Как рассчитать необходимую площадь солнечного коллектора для бытовых нужд:

  • в среднем на квадратный метр устройства приходится 900 Вт;
  • чтобы повысить температуру воды, необходимо затратить 1,16 Вт;
  • учитывая также теплопотери коллектора, 1 кв.м сможет нагреть около 10 литров воды в час до температуры 70 градусов;
  • для обеспечения 50 л горячей воды, необходимой одному человеку, понадобится затратить 3,48 кВт;
  • сверившись с данными гидрометцентра о мощности солнечного излучения (Вт/кв.м) в регионе, необходимо 3480 Вт разделить на получившуюся мощность солнечного излучения – это и будет нужная площадь солнечного коллектора для нагрева 50 л воды.

Как становится понятно, эффективное автономное отопление исключительно с использованием солнечной энергии осуществить довольно проблематично. Ведь в хмурую зимнюю пору солнечного излучения крайне мало, а разместить на участке коллектор площадью 120 кв.м. не всегда получится.

Применение солнечных коллекторов

Так неужели солнечные коллекторы нефункциональны? Не стоит заранее сбрасывать их со счетов. Так, с помощью подобного накопителя можно летом обходиться без бойлера – мощности будет достаточно для обеспечения семьи горячей водой. Зимой же удастся сократить затраты на энергоносители, если подавать уже нагретую воду из солнечного коллектора в электрический бойлер. Кроме того, солнечный коллектор станет отличным помощником тепловому насосу в доме с низкотемпературным отоплением (теплыми полами).

Так, зимой нагретый теплоноситель будет использоваться в теплых полах, а летом излишки тепла можно отправить в геотермальный контур. Это позволит снизить мощность теплового насоса. Ведь геотермальное тепло не возобновляется, так что со временем в толще грунта образовывается все увеличивающийся «холодный мешок». Например, в обычном геотермальном контуре на начало отопительного сезона температура составляет +5 градусов, а в конце -2С. При подогреве же начальная температура поднимается до +15 С, а к концу отопительного сезона не падает ниже +2С.

Шаг 2: Готовим основание

Возьмите светильник и сделайте следующее:

  • Удалите старые лампы.
  • Снимите крепления ламп.
  • Удалите остальные внутренности.
  • Скрепите углы корпуса светильника с помощью саморезов.
  • Промажьте герметиком углы, а также все щели и отверстия в светильнике.
  • Залепите все большие отверстия алюминиевым скотчем.
  • Перед тем, как начать красить каркас черной краской, дайте силикону высохнуть в течение ночи.

Шаг 3: Красим

Покраска каркасов проводится в следующем порядке:

  • Наденьте одежду, которую не жалко испортить краской.
  • Наденьте защитные перчатки.
  • Накройте газетой предметы и поверхности, чтобы защитить их от попадания краски.
  • Очистите и помойте водой с мылом все корпуса светильников и затем просушите их.
  • Покрасьте светильники со всех сторон и дайте им высохнуть в течение ночи.

Плоский коллектор

Нагревание теплоносителя в таком устройстве происходит благодаря пластинчатому абсорберу. Он представляет собой плоскую пластину теплоемкого металла. Верхняя поверхность пластины в темный оттенок специально разработанной краской. К нижней части устройства приварена змеевидная трубка.

При помощи нее происходит циркуляция жидкости.

Темная селективная краска, покрывающая верхнюю поверхность пластины, поглощает мощные солнечные лучи. Отражение солнца сводится к минимуму. Поглощенная энергия прогревает теплоноситель под абсорбером. Чтобы минимизировать потери тепла – можно применить теплоизоляцию корпуса при помощи закаленного стекла. Такой материал содержит минимальное количество окислов железа. Стекло крепят над абсорбером. Устройство служит верхней крышкой корпуса. Также закаленное стекло создает «парниковый эффект» в виде изолирующей теплицы. Это значительно увеличивает нагрев абсорбера, повышая температуру теплоносителя. Такое устройство отлично подойдет для отопления частного дома. Также агрегат устанавливается в теплицы, душевые кабины, садовые оранжереи и парники .

Читайте также:  Печь-камин из кирпича своими руками — пошаговая инструкция и чертежи

С чего начинать

Как сделать теплоприемник

Этапы работ:

1. Каркас и решетку лучше изготовить из алюминиевого уголка, периметр ячеек из направляющих должен быть немного больше периметра зеркальных пластин.

2. Теплообменник собирается из медных труб:

  • спаять из них решетку,
  • для предотвращения потерь тепла, обрезками от труб закрывают щели между ними.

3. Угловые стыки направляющих просверливают, в отверстия вставляют болты длиной 70 мм, фиксируют их гайками.

4. Выбрав правильное расположение теплообменника (совпадающее с точкой фокуса), закрепляют зеркала на раме таким образом, чтобы каждое — отражало солнечные лучи в одну точку.

5. Первое зеркало закрепляется двумя шайбами таким образом, чтобы отражение солнечных лучей от него ориентировалось в точке фокуса.

Оно послужит ориентиром для следующих частей.

Поскольку крепление зеркал будет занимать достаточно времени, а солнечная активность меняется в течение суток, периодически, потребуется корректировка положения каркаса таким образом, чтобы отражение эталонного зеркала было все время в точке фокуса.

6. Второе зеркало закрепляется, и также направляется в точку фокуса. Чтобы установленные зеркала не мешали при установке последующих, их затеняют.

7. Метод крепления от конца предыдущего зеркала возможен для первых рядов пластин. Но, лучше, ряды зеркал устанавливать от рамы, поскольку в рядах, описывающих параболу, может не хватить длины болтов.

8. Когда пластины закреплены, устанавливаются штанги, на которых будет крепиться теплообменник. В точке фокуса устанавливают теплообменник, он заливается водой, замеряется температура.

9. При перемещении солнечных лучей отражение от зеркал сместится в сторону, и теплообменник перестанет нагреваться.

Для беспрерывной работы продумывается установка специальной системы с механизмом, разворачивающим концентратор по направлению к солнцу.

Изготовление коллектора

1. Он представляет собой простой конструктивный вариант концентратора. Хорошо подходит для нагрева воды до 100 литров.

При таком варианте используется только та вода (как найти на участке прочитайте в этой статье), что нагрелась в трубах, и нет необходимости установки накопительного бака.

2. Используются полиэтиленовые или резиновые шланги черного цвета, диметром 20-25 мм. Укладывают их по спирали на пологой крыше.

В случае слишком большого наклона крыши, спираль из шланга укладывают в специально сооружённый короб.

3. Чтобы трубы не деформировались при перепадах температур, их фиксируют хомутами, пластиковыми или металлическими.

Концентратор из пластиковых бутылок

Представляет собой иной конструктивный вид — позволяющий солнечным лучам в разное время суток падать под прямым углом.

Поверхность бутылок усиливает эффект солнечных лучей, выполняя роль линзы. Прозрачная пластиковая поверхность устойчивее к ультрафиолету, нежели резиновая или ПВХ.

Главный материал, используемый для изготовления концентратора, не стоит денег, таким образом, изготовление оборудования потребует минимальных вложений.

Нужные материалы:

  • пластиковые бутылки одинаковой конфигурации и размера;
  • пакеты тетрапак из- под сока или молока;
  • трубы ПВХ (внешним диаметром 20 мм) и тройники для горячего водоснабжения.

Вместо труб ПВХ используют и медные трубы, но их стоимость гораздо выше.

Этапы работ: 1. Бутылки и пакеты тетрапак помыть с моющим средством, удалить этикетки.

2. Тетрапаки покрасить в черный цвет. При помощи картонного шаблона и канцелярского ножа отрезать дно бутылок по линии.

3. Теплообменник собирают из поливинилхлоридных труб диаметром 20 мм. В верхней части уголки и тройники соединяют клеем.

4. Трубы, на которые нанизываются бутылки и абсорберы из тетрапаков, для поглощения солнечной энергии, выкрашивают в черный цвет. После бутылок нанизывают абсорберы, вставляя их до упора.

5. Устанавливают конструкцию на опоре из дерева или металла, по направлению к солнцу. Для средних широт выбирают юго-восточное направление.

6. Накопительный бак устанавливается выше коллектора не менее, чем на 30 см.

На этой высоте установка насоса для создания циркуляции не нужна.

Чтобы сохранить температуру воды в ночное время, бак утепляют.

Поскольку, пластиковые бутылки, с течением времени, теряют светопроницаемость, рекомендуется раз в пять лет менять их.

Стоит ли использовать вакуумный солнечный коллектор для отопления дома зимой?

Когда у вас есть другие источники тепловой энергии, например – тепловой насос, газовый котел и т.д., то использовать вакуумный солнечный коллектор для отопления дома зимой не слишком целесообразно. Если же вы отапливаете здание электричеством, обогрев за счет солнечной энергии будет отличным решением.

Если дом не подключен к газу или электричеству, то солнечные вакуумные коллекторы – оптимальное решение для организации отопления в доме. При одинаковых начальных затратах на оборудование вы получите практически бесплатное тепло.

Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях!

Методика расчёта гелиоколлектора

Расчёт производительности солнечного гелиоколлектора ведут исходя из того, что на 1 кв.м установки в ясный день приходится от 800 до 1 тыс. Вт тепловой энергии. Потери этого тепла на обратной стороне и стенках сооружения рассчитываются по коэффициенту теплоизоляции используемого утеплителя. Если применять пенополистирол, то для него коэффициент теплопотерь равняется 0,05 Вт/м × °C. При толщине материала в 10 см и разности температур внутри и снаружи конструкции 50 °C потери тепловой энергии составляют 0,05/0,1 × 50 = 25 Вт. С учётом боковых стенок и труб эту величину удваивают. Таким образом, суммарное количество уходящей энергии составит 50 Вт с 1 кв.м поверхности солнечного нагревателя.

Для нагрева 1 л воды на один градус потребуется 1,16 Вт тепловой энергии, поэтому для нашей модели гелиоколлектора площадью 1 кв.м и температурного перепада 50 °C удастся получить условный коэффициент производительности 800/1,16 = 689,65/кг × °C. Эта величина показывает, что установка площадью 1 кв.м в течение часа подогреет 20 литров воды на 35 °C.

Расчёт необходимой производительности солнечного водонагревателя ведут по формуле W = Q × V × δT, где Q — теплоёмкость воды (1,16 Вт/кг × °C); V — объём, л; δT — разность температур на входе и выходе из установки.

Статистика говорит, что для одного взрослого человека требуется 50 л горячей воды в сутки. В среднем, для горячего водоснабжения достаточно поднять температуру воды на 40 °C, что при расчёте по этой формуле требует затрат энергии W = 1,16 × 50 × 40 = 2,3 кВт. Чтобы узнать площадь гелиоколлектора, это значение нужно разделить на количество солнечной энергии, приходящееся на 1 кв.м поверхности на данной географической широте.

Расчёт требуемых параметров гелиоустановки

Как изготовить и собрать солнечный водонагреватель из поликарбоната своими руками

Для изготовления основных элементов коллектора необходимо приобрести:

  • листы сотового поликарбоната толщиной до 8мм, чтобы в сотах помещалось до 80л воды на ;
  • полипропиленовые трубы 32мм диаметром с резьбой на обоих концах и подходящие фитинговые уголки с резьбой;
  • накопительный бак емкостью до 200 литров;
  • водостойкий герметик;
  • черную термостойкую краску в аэрозольной упаковке для окрашивания поликарбоната;
  • утеплитель на основе минеральной ваты или пенополистирола с подходящим клеем для укладки;
  • заглушки для труб;
  • алюминиевый лист и уголки в качестве основы, можно заменить металл фанерой и деревянными уголками.

На первом этапе изготовления коллектора в полипропиленовых трубах выполняют продольные разрезы длиной, равной ширине устройства. В пазах располагают поликарбонатные заготовки солнечного водяного коллектора, предварительно обработав их срезы наждачной бумагой. Заделку мест стыка труб и поликарбоната выполняют с применением герметика, который наносят на поверхность специальным пистолетом. Важно, чтобы в составе герметика не было силикона – при постоянном контакте с водой он быстро разрушается. Верхняя панель из поликарбоната также крепится на герметик и после высыхания окрашивается черной краской для более интенсивного поглощения солнечной энергии.

Корпус коллектора изготавливают из фанерного или алюминиевого листа, установленного на каркас из уголков. При этом следят, чтобы размеры верхней и нижней поверхности устройства полностью совпадали. Готовую панель фиксируют на корпусе, полипропиленовые трубы закрывают заглушками и припоем соединяют с металлическими уголками, через которые коллектор будет подключен к накопительному баку. На завершающем этапе сборки заднюю поверхность коллектора утепляют для уменьшения теплопотерь.

Пассивная система солнечного водонагревателя

При пассивной, а по-другому, при термосифонной системе, теплоноситель или же готовая вода перемещается через всю систему благодаря естественному притяжению, которое возникает за счёт различия в плотностях между нагретым и прохладным теплоносителями.

Термосифонная система солнечного водонагревателя

Термосифонная система с конвекцией обойдётся покупателю дешевле, нежели активная системы, но она менее результативна, так как циркуляция в системе осуществляется медленно. Система с тепловой трубой чуть дороже конвективной системы, но, в отличие от неё, на эксплуатационные затраты уйдёт меньше денежных средств. Помимо этого, в пассивной системе с тепловыми трубами перекачка тепла возможна вниз, то есть против конвекционных сил. Но основные характеристики данных коллекторов в большей степени зависят от типов труб, которые применяется в системе.

Пассивная система солнечного водонагревателя

Быстро и безболезненно. Делаем подключение алюминиевых радиаторов отопления. Проверяем на годность водонагреватель electrolux здесь.

Изучаем радиаторы биметаллические: производители, характеристики, достоинства. Далее по ссылке:

СБ и самоделки

Первое, что надо знать гелиоэнергетику-любителю – в продажу вразброс идут модули отбракованные, которые 5 точно не прослужат. Даже если вы организуете дома чистое производство, они уже «отравлены» ядом медленного действия – вредными примесями. Вдобавок, чтобы сделать фирменный «пирог», нужна камера с глубоким вакуумом, поэтому собрать СБ придется в вентилируемом ящике, а значит – элементы подпадают под атмосферные влияния. Без отвода омического тепла модули СБ деградируют буквально на глазах. Так что на срок службы более 2-3 лет лучше не рассчитывать.

Читайте также:  Газовая печь для бани — как сделать правильный выбор?

Видео: изготовление солнечной батареи своими руками

Конструкторы для самостоятельной сборки солнечных батарей

СБ и самоделки

Добавить можно немногое. Первое, не берите в работу явный брак, рассылаемый навалом, слева на рис. Лучше купить конструктор, см. рис. справа. Они комплектуются флюсовыми карандашами и специальными проводниками, что намного уменьшает паечный брак.

Неправильная сборка солнечных батарей

Паять обычным паяльником с канифольным флюсом (справа на рис. слева) тоже не нужно. Контактные площадки модулей серебрёные (кремний не паяется), слой серебра тоненький и держится еле-еле. В домашних условиях он наверняка выдерживает только 1-кратную пайку (на производстве автоматами – 3-кратную), причем паяльником с бронзовым никелированным жалом. Не пытайтесь залудить его, таким паяльником паяют всухую.

Впрочем, умельцы СБ паяют и обычными паяльниками со всяческими предосторожностями; как – можно посмотреть здесь:

СБ и самоделки

Видео: лужение и пайка контактов

Третий момент – до сборки модули нужно откалибровать и столбы собирать из пластин с примерно одинаковыми параметрами ( ниже). Набрать из некондиции модулей на 48-вольтовые столбы почти никогда не удается, так что самодельные СБ делают 12-вольтовыми или 6-вольтовыми.

Видео: калибровка элементов

Теперь о случаях, когда сделать солнечную батарею самому имеет полный смысл. Первый – описанная выше лодка-«резинка». Схема ее энергоустановки – на рис. ниже. Такая же подойдет и для дачи, только вместо мотора нужно включить инвертор 12VDC/220VAC 50 Hz на 200-300 Вт. Для телевизора, небольшого холодильника и музыкального центра этого хватит. Выключатель S2 рабочий, S1 – ремонтно-аварийный и для зимнего хранения.

Электрическая схема маломощной мобильной солнечной электростанции

Штука здесь в том, что падение напряжения на обычном диоде при увеличении тока через него возрастает. Ненамного, но в сочетании с ограничительным резистором Rp (то и другое рассчитано под свинцово-кислотную АКБ 12В 60А/ч!) перегрузка СБ по току длится даже при полностью «пустой» АКБ не более 2-3 мин. Если такая ситуация возникает раз в день, то СБ прослужит от 4 лет, т.е. больше, чем самосбор из некондиции. А бензиновый движок за это время съел бы топлива на сумму, много большую стоимости установки.

СБ и самоделки

Второй случай – зарядка для мобильника. Для нее лучше купить готовый модуль на 6V 5W; схема к нему – на рис:

Схема зарядки мобильного телефона от солнечной батареи

Выключатель S1 и яркий белый светодиод D3 – тестовые. Если же вы хотите повозиться именно с солнечными модулями, то предлагаем ролики (см. ниже). В данном случае на СБ пойдет и явный брак поштучно, цена копеечная. Кстати, это хорошая практика работы с солнечными элементами прежде чем браться за большую СБ, и полезное приспособление будет.

Типы гелиосистем

Выделяют два основных типа гелиосистем: сезонные, всесезонные или круглогодичные.

Вакуумные солнечные батареи, сконструированные на базе технологии прямой теплопередачи, относятся к сезонным системам. Принцип действия таких систем достаточно прост: вода из бака поступает в соединенные медные трубки, где нагревается и затем возвращается в контур.

Тепло в таком типе солнечных батарей передается воде без использования в работе дополнительных элементов и блоков. При этом требуется большой объем воды в контуре теплообменника (от 60 до 200 л). Основными преимуществами сезонных систем являются низкая стоимость при высоком КПД, составляющий до 98%.

К круглогодичным системам относят вакуумные солнечные батареи, в которых дополнительно установлены термотрубки. Принцип работы таких коллекторов схож с работой установок центрального отопления. Через коллектор и змеевик протекает специальная жидкость («незамерзайка»). Эта жидкость предназначена для забора тепла из медных трубок.

Далее она поступает в бак, аккумулирующий тепло для непосредственного нагрева воды через змеевик. Процесс протекает до тех пор, пока значения температуры бака и теплового приемника не сравняются. Насос контролируется электроникой, датчики температуры при этом устанавливаются как в коллекторе, так и в баке-аккумуляторе.

Области применения гелиосистем многогранны и включают: обеспечение жилых помещений, социальных и культурных объектов горячим водоснабжением и отоплением. При этом экономия ресурсов достигает 50%. Используются в сочетании с «теплыми полами». Если вам требуется обеспечить ваш дом теплом, то вы можете купить вакуумный солнечный коллектор, либо сделать его своими руками.