Коллектор солнечный своими руками: виды, принцип работы и фото

Солнечный коллектор, или гелиосистема, оборудование, предназначенное для использования в качестве альтернативных источников энергии. Такие системы давно используют во многих странах в промышленных масштабах, но в последнее время они стали популярны и в частном секторе для подогрева горячей воды, отопления домов и подогрева бассейнов.

Солнечные коллекторы

Для солнечного отопления используют именно гелиоколлекторы. Эти установки при помощи тепла солнца нагревают жидкость-теплоноситель, которую потом можно использовать в системе водяного отопления. Специфика в том, что солнечный водонагреватель для отопления дома выдает только температуру 45-60оС, а самую высокую эффективность показывает при 35оС на выходе. Потому рекомендованы такие системы для использования в паре с теплыми водяными полами. Если отказываться от радиаторов вам не хочется, или увеличивайте количество секций (раза в два примерно) или подогревайте теплоноситель.

Для обеспечения дома теплой водой и для водяного отопления можно использовать солнечные коллекторы (плоские и трубчатые)

Теперь о видах солнечных коллекторов. Конструктивно есть две модификации:

  • плоские;
  • трубчатые.

В каждой из групп есть вариации и по материалам, и по конструкции, но принцип действия у них один: по трубкам бежит теплоноситель, который нагревается от солнца. Вот только конструкции абсолютно разные.

Виды воздушных коллекторов

Сейчас не существует определенной классификации воздушных солнечных коллекторов, но по некоторым признакам можно их разделить.

Циркуляция воздуха

Подача воздуха в помещение может осуществляться двумя путями – естественно и принудительно.

В первом случае нагретый внутри коллектора воздух поднимается в верхнюю его часть, где находится выходное отверстие, через которое поступает в помещение. Соответственно, через нижнее отверстие из помещения в коллектор поступает холодный воздух.

Во втором случае установлен вентилятор, который принудительно качает воздух через коллектор. Обычно он имеет небольшую мощность, так как быстрая прокачка воздуха приведет к тому, что он не успеет нагреться.

В сущность, если использовать большой по площади воздушный солнечный коллектор для отопления дома, то имеет смысл устроить принудительную циркуляцию. Для небольших коллекторов площадью в несколько квадратных метров достаточно будет естественной конвекции.

Важно

При принудительной циркуляции есть два минуса. Вы можете забыть отключить вентилятор на ночь. Решить проблему можно двумя способами:

  1. Установить реле с таймером;
  2. Установить датчик света и подключить его к реле.

Вторая негативная особенность такого воздушного солнечного коллектора с принудительной циркуляцией – зависимость от температуры. Такие панели обычно делают из обычного стекла без отражающих напылений. Они отдают часть тепла за счет ИК-излучения. Если вентилятор будет работать постоянно, это увеличит отток тепловой энергии.

Читайте также:  Как правильно выбрать и купить электрокамин?

Вид контура

Есть два вида контура, в котором нагревается воздух – замкнутый и незамкнутый. В первом случае внутри корпуса проложены трубки, по которым циркулирует воздух, не смешивающийся с тем, что находится в пространстве коллектора. Во втором случае внутри короба уложены трубки, которые не сообщаются между собой.

Так выглядит внутри воздушный коллектор с незамкнутым контуром.

В первом варианте воздух циркулирует быстрее, чем во втором. Поэтому он дает больший эффект, когда на коллектор попадает много света. Во втором варианте трубки не играют большой роли для нагрева, они лишь задают направление конвекции воздуха.

Какие типы солнечных коллекторов существуют

Такие системы бывают двух видов: плоские и вакуумные. Но, по своей сути, их принцип работы схож. Они используют солнечное тепло для нагрева воды. Отличаются только устройством. Давайте рассмотрим принципы работы этих видов гелиосистем подробнее.

Плоские

Это самый простой и самый дешевый вид коллектора. Работает он следующим образом: В металлическом корпусе, который изнутри обработан высокоэффективным перьевым абсорбером для поглощения тепла, расположены медные трубки. По ним циркулирует теплоноситель (вода или антифриз), который поглощает тепло. Далее, этот теплоноситель проходит через теплообменник в накопительном баке, где передаю тепло уже непосредственно той воде, которую мы можем использовать, например для отопления дома.

Верхняя часть системы закрыты высокопрочным стеклом. Все остальные стороны корпуса утеплены изоляцией для уменьшения теплопотерь.

Из за своей простоты в изготовлении такими системы часто делают даже своими руками. Приобрести необходимые материалы можно строительных магазинах.

Вакуумные

Эти системы работают немного по другому, это обусловлено их конструкцией. Панель состоит из двойных трубок. Наружная трубка играет защитную роль. Они изготовлена из высокопрочного стекла. Внутренняя труба имеет меньший диаметр и покрыта абсорбером, который аккумулирует солнечное тепло.

Далее это тепло передается тепло съемниками или стержням, изготовленным из меди (они бывают нескольких видов и имеют разный КПД, рассмотрим их чуть позже). Тепло съемники передают тепло с помощью теплоносителя, в аккумулирующий бак.

Между трубками вакуум, что сводит к нулю тепло потери и повышает эффективность системы.

Достоинства

Недостатки

Высокая эффективность

Более высокая цена относительно плоских

Минимум тепло потерь

Невозможность ремонта самих трубок

Легкость в ремонте, трубки можно менять по одной единице

Большой выбор видов

Виды тепло съемных элементов (абсорберов), из всего 5

  • Перьевой абсорбер с прямоточным тепловым каналом.
  • Перьевой абсорбер с тепловой трубкой “heat pipe”.
  • U-образный прямоточный вакуумный коллектор с коаксиальной колбой и отражателем.
  • Система с коаксиальной колбой и тепловой трубкой “heat pipe”.
  • Пятая система это плоские коллекторы.

Давайте рассмотрим эффективность работы разных абсорберов, а также сравним их с плоскими коллекторами. Расчеты даны на 1 м2 панели.

Читайте также:  Выбираем и строим садовую печь своими руками: схемы и порядовки

В этой формуле используются следующие значения:

  • η- коэффициент полезного действия коллектора, который мы рассчитываем;
  • η₀- оптический коэффициент полезного действия;
  • k₁ -коэффициент тепловых потерь Вт/(м²·К);
  • k₂ -коэффициент тепловых потерь Вт/(м²·К²);
  • ∆Т- разница температур между коллектором и воздухом К;
  • Е – суммарная интенсивность солнечного излучения.

По этой формуле, используя данные, приведенные выше, вы можете сами провести расчеты.

Если не вникать в переменные, говоря проще, КПД зависит от количества тепла, которое поглощают медные теплосъемники и количества потерь системой.

Но, это только теоретические расчеты “на стенде”. Конечный результат зависит от многих факторов: климатической зоны, правильного выбора места для установки и тд.

Системы с проточными нагревателями или термосифонные

По своему строению они могут быть как плоские так и вакуумные. Используют такие же принципы работы. Однако они имеют одно значительное отличие в техническом устройстве.

Эта система может работать без дополнительного резервного аккумулирующего бака и насосной группы.

Принцип работы следующий. Нагретый теплоноситель аккумулируется в базовом баке, который расположен в верхней части системы, как правило на 300 литров. Через него проходит змеевик, по которому циркулирует вода от давления самой водопроводной системы дома. Она прогревается и поступает потребителю.

Достоинства

Недостатки

Низкая стоимость за счет отсутствия части оборудования.

Низкий КПД системы в зимний сезон и ночное время

Простота монтажа, требуется минимум усилий, так как система укомплектована всем необходимым

Ответственная стадия сборки

Заключительным этапом вам надо собрать корпус, который скрепит все компоненты устройства в единую конструкцию. Используя лист фанеры и деревянные бруски, нужно сбить прочный ящик. В используемых деревянных брусках заранее прорежьте пазы, в них вы потом вставите экран из поликарбоната (глубина паза около 0,5 см). Выходные отверстия для трубок можно сделать уже после того, как установите все основные компоненты. Далее, в уже собранный деревянный ящик, чтобы создать воздушный карман, вы укладываете изоляцию из минваты. Поверх минваты крепите панель со змеевиком. Края ваты подворачиваете так, чтобы змеевик не дотрагивался до стенок ящика. Нагревательная панель и панель из поликарбоната также должны иметь между собой расстояние и не прикасаться друг к другу.

Завершающая стадия состоит в обработке корпуса специальным раствором с водоотталкивающей способностью и покрывается эмалью (за исключением лицевой части).

Солнечный коллектор из старых рам

Вот и все, солнечный коллектор своими руками готов. Для того чтобы его активировать, поставьте его на опорную конструкцию, развернув лицевой частью к солнцу таким образом, чтобы лучи падали на лицевую часть под максимально прямым углом. На крыше устанавливаете бак для накопления воды, он будет служить резервуаром. К верхней части бака проведите шланг, соединенный с верхней трубкой коллектора, к нижней части от нижней трубки. Подключив воду по такой схеме, вы обеспечите работу в режиме естественной циркуляции. Согласно законам физики, горячая вода будет подыматься кверху в направлении бака, а вытесняемая холодная будет попадать в коллектор для нагрева в змеевике. Не забудьте, что к баку необходимо присоединить шланг и вентиль для забора воды из бака, а также его наполнения новой.

Читайте также:  Небольшая итальянская печь для пиццы на дровах своими руками

Выбор

Однозначно сказать, какой коллектор лучше выбрать — нельзя. Все будет зависеть от того, где он будет применен и какой уровень КПД нужен в конкретном случае. Но поможет сделать выбор сравнение положительных качеств и недостатков каждого из видов по следующим параметрам:

  1. Прочность. В этом случае «выигрывают» плоские коллекторы, они более надежны из-за простоты своей конструкции. Вакуумные уступают в прочности, они более хрупкие.
  2. Ремонт. При поломке плоского коллектора заменить нужно всю систему абсорбирования. В вакуумном можно заменить только отдельные трубки, вышедшие из строя.
  3. Холод. Минимальные проблемы в холодной среде будут только у воздушного коллектора.
  4. Температура нагрева. Для нагрева воды на 40 градусов выше температуры окружающей среды можно использовать плоский коллектор. При необходимости нагрева до более высокой температуры лучше использовать устройство вакуумного типа. Также солнечные коллекторы для отопления дома, своими руками изготовленные, будут эффективно работать и в зимний период, при условии правильной сборки и монтажа, а также ориентированию по сторонам света и углу относительно горизонта.
  5. Срок службы. В среднем этот срок ставят от 15 до 30 лет. Только вакуумные устройства не могут похвастаться данным сроком. Для них он немного ниже этих значений. Вакуумный солнечный коллектор, своими руками собранный, пусть и прослужит не так долго, как хотелось бы, но по себестоимости выгоден.

Заключение

Подводя итоги статьи, стоит обратить внимание на несколько пунктов:

  • Предложенная в этой статье модель солнечного воздушного коллектора доказала на практике свою эффективность и успешно эксплуатируется во всем мире.
  • По желанию можно изготовить более мощный солнечный коллектор или соединить их несколько последовательно.
  • Воздушные солнечные коллекторы можно использовать периодически. Например, для подогрева воздуха в теплицах ранней весной или для сушки сельскохозяйственной продукции осенью.

Видео

Принцип работы

Коллектор служит для нагревания воды за счет солнечной энергии. Такое устройство можно установить возле летнего душа или на крыше частного дома.

Рукодельные модели из поликарбоната проще – вода в них нагревается в ячейках самого листа. Горячая жидкость уходит в бак, а на ее место автоматически поступает холодная. В солнечную погоду такой коллектор позволяет нагреть достаточное количество воды для купания нескольких человек.

Принцип работы

Солнечный коллектор нагревает входящую в него по медным трубкам воду за счёт солнечной энергии