Делаем солнечный коллектор своими руками

Счета за горячую воду и отопление в России становятся все внушительнее. Это заставляет жителей страны все чаще искать альтернативные источники энергии, и первое, на что падает их выбор — гелиосистемы. Оборудование может эксплуатироваться как сезонно, так и на протяжении всего года. Чтобы подобрать гелиосистему, нужно понимать, как работает солнечный коллектор для нагрева воды и теплоснабжения, и поможет ли технология сэкономить.

Солнечный коллектор – что это?

В силу удорожания природных ресурсов и привычных источников энергии, таких как газ, уголь и электричество, все больше домовладельцев начинают задумываться о пока еще диковинной системе отопления с использованием солнечной энергии. Возведение так называемых “экодомов” с использованием гелиосистем становится все популярнее, и данная технология медленно, но верно переходит из разряда технических новинок в категорию дорогостоящих, но эффективных альтернативных источников энергии.

Схема подключения солнечного коллектора.

Что же представляет из себя гелиосистема и насколько выгодно ее использование для отопления дома зимой? Если вспомнить законы физики, то всем известно, что солнечные лучи сильнее концентрируются на темных поверхностях и гораздо интенсивнее их нагревают, в отличие от светлых. В народе испокон веков научились применять эту особенность отдачи солнечной энергии, и фактически примитивные гелиосистемы используются повсеместно при устройстве парников, теплиц, летних душевых и так далее.

Возникает естественный вопрос: почему, если солнечная энергия так эффективна, отрасль этой технологии начала развиваться лишь недавно и не вводится в эксплуатацию повсеместно? Ответ на данный вопрос неоднозначен. Большое значение имеет расположение, часовой пояс, длина светового дня, ну, и банальная зависимость от погоды.

Схема плоского солнечного коллектора.

А потому использование гелиосистем в средней полосе не отличается высокой эффективностью, такой как в Средиземноморье, где данная технология введена в обиход повсеместно и практически сократила расходы электроэнергии в два раза.

В условиях короткого светового дня солнечный коллектор целесообразно использовать как дополнительный источник энергии, и говорить о полном переходе на солнечные батареи для генерации тепла пока еще рано. Но тем не менее, исследования в этой области набирают обороты и в силу истощения природных ресурсов становятся все более актуальны. А потому данная технология развивается, совершенствуется и занимает все более обширную нишу в индустрии отопления и энергообеспечения.

Проблемы солнечной энергетики

Нагревательные солнечные системы не лишены минусов, из них самый главный — непостоянство источника энергии. В ночное время нагрев системы не происходит, а при затяжной пасмурной погоде ожидать ясного неба, чтобы нагреть дом — удовольствие ниже среднего. Если аккумулятор при достаточно большом объёме способен сохранить нужное количество теплоты хотя бы до утра, то на несколько суток автономной работы в условиях недостаточной освещённости можно рассчитывать только при существенном расширении солнечной фермы. Это, в свою очередь, вызывает обратную проблему: при выходе на режим максимальной мощности (например, в весенний ясный день) такая гелиосистема потребует более интенсивного теплосъёма или временного отключения нескольких абсорберов с их затенением.

Важно понимать, что гелиосистемы в реалиях российского климата не могут использоваться как единственный или основной источник отопления. Однако они способны существенно снизить расход энергоносителей в отопительный период. Особенно эффективно работают гибридные коллекторы, в которых нагреватели совмещены с фотоэлементами. Если облачность задерживает большинство ИК излучения, то потери фотоэлектрической части спектра не столь значительны.

Другой минус солнечных коллекторов заключён в необходимости принудительной циркуляции теплоносителя в системе коллектор-аккумулятор. Некоторые вакуумные коллекторы оснащают баком, рассчитанным на естественную циркуляцию и расположенным выше поглотителя. Такие установки обычно используют в системах горячего водоснабжения с забором воды под давлением холодного водопровода. Но способы наладить совместную работу таких солнечных коллекторов с отопительной системой всё же имеются.

Вакуумный солнечный коллектор с баком

Самый простой солнечный коллектор

На самом деле для создания простейшего солнечного коллектора любому дачнику потребуется минимум времени, стальная бочка объемом около 150-200 литров и несколько оцинкованных листов. Все, что требуется сделать – покрыть южную часть крыши блестящими металлическими листами, на них установить бочку и подвести к ней воду. Это нехитрое приспособление, которое, между тем, можно назвать солнечным коллектором, способно выдавать воду, нагретую примерно до 60 градусов.

Простой солнечный коллектор

Несмотря на простоту, такое отопление частного дома солнечными коллекторами благодаря минимальному уровню теплоотдачи в воздух обладает теми же характеристиками, что и фабричные устройства. Только себестоимость значительно ниже.

Читайте также:  Алюминиевые радиаторы отопления: какие лучше

Конечно же, использование бочки сложно назвать эффективным в холодное или пасмурное время. В частности, даже в солнечный зимний день вода в бочке будет оставаться холодной. Да и в пасмурный летный день температура ее также будет невысока.

Вопросы выбора

Основа всех солнечных установок

В вопросах приобретения коллектора мнения специалистов расходятся. Покупатель вынужден самостоятельно принимать решение, опираясь на характеристики конкретного вида устройств.

Вакуумные модели, несмотря на низкий КПД, не боятся морозов. Им не грозит замерзание теплоносителя. Это существенный нюанс, который аргументирует выбор покупателей этого вида установок.

Плоские модели отличаются простотой конструкции. Отсутствие сложных механизмов делает их предпочтительными для тех, кто ценит надежность и прочность.

Вакуумные устройства более хрупки, но они обеспечивают отличное отопление на солнечных коллекторах в домах, где нужно нагреть теплоноситель до высоких температур. Дело в том, что плоские модели эффективно работают при условии, что разница температур внутри помещения и снаружи колеблется в диапазоне 20-40 градусов Цельсия. Другими словами, их использование в зимний период довольно проблематично. При слишком низких температурах за окном вряд ли удастся достичь комфортного микроклимата в доме.

К тому же при пасмурной погоде вакуумные аналоги выработают значительно больше тепла по сравнению с плоскими. С другой стороны, срок их службы несколько ниже, чем у конкурентов (средний составляет 15-30 лет). Однако в их пользу говорит и тот факт, что оборудование удобно в обслуживании. При повреждении вакуумного коллектора достаточно заменить вышедший из строя элемент, тогда как в плоском аналоге придется восстанавливать всю абсорбирующую систему.

Выгодно ли использовать солнечный коллектор

Нельзя сказать однозначно — выгодно ли использовать солнечный коллектор. Все зависит от климатических особенностей региона, количества солнечной радиации, типа устройства. На юге, где среднетемпературная норма выше, нежели в других областях страны, плоская гелиосистема способна полностью обеспечить потребности в ГВС, а вакуумная покроет 50 % затрат на отопление.

Преимущества коллекторов:

  • возможность сэкономить на расходах на газ и электричество;
  • легкость монтажа;
  • долгий срок службы (от 15 лет).

Недостатки оборудования:

  • зависимость от количества солнца;
  • вероятность повреждения системы от перегрева.

Гелиоколлектор стоит дорого, а период окупаемости в ряде регионов может быть долгим.

Цена бытовой гелиосистемы

Цена солнечных коллекторов зависит от типа оборудования, а также его производителя. Самые недорогие — плоские нагреватели. Стоимость коллектора, необходимого для нагрева бассейна или душа в летние месяцы, начинается от 50000 рублей.

Вакуумные гелиосистемы дороже — коллектор с баком на 100 литров можно купить, начиная от 70000 рублей. На стоимость влияет и установка дополнительного оборудования — расширительного бака, автоматики, сливающей жидкость в случае перегрева, насоса.

Максимально повысить эффективность работы концентрационного коллектора помогает устройство, предназначенное для слежения за солнечной активностью. Правда, это еще больше повышает стоимость системы, но когда дело касается огромных энергетических затрат, такое вложение оправдано.

Почему на крышах наших домов не видно гелиоустановок

К сожалению, солнечная энергия для отопления домапоступает не тогда и не туда, когда и куда нужно. Холодно бывает ближе к полюсам, зимой и по ночам. А максимум солнечного излучения приходится на экваториальные районы, на лето и день. Теплоаккумуляторы худо-бедно помогают сгладить суточные, но не сезонные перепады.

Карта интенсивности распределения солнечного света по территории России. В Западной части страны, где живёт львиная доля населения, солнца мало. А в восточной Сибири, где доля излучения заметно выше, холодно, что затрудняет использование активных систем. Кстати, солнечные панели, вырабатывающие электричество, не столь чувствительны к сильным морозам. В холодной, но солнечной Якутии уже построены и успешно функционируют довольно мощные гелиоэлектростанции.

Пассивное отопление солнечной энергией малоэффективно и не способно сколь-нибудь серьёзно обогреть дом в условиях русской зимы. «Окна — на юг» — реально полезный метод проектирования, ничего не стоящий, но помогающий оптимизировать расходы на отопление. А вот некогда относительно популярные в США гелиотеплицы, стены Тромба и их производные постепенно сошли на нет даже у себя на родине.

Активные солнечные системы отопления частного дома обходятся весьма недёшево, немало денег придётся отдать за оборудование. Эксплуатация, вопреки некоторым утверждениям, отнюдь не бесплатна: расходуется электроэнергия, требуется обслуживание техники. При нынешних ценах, по сравнению не только с дешёвым природным газом, но даже с довольно дорогими пеллетами, дизтопливом, установка вакуумного солнечного коллектора на подавляющей части территории РФ не окупится вообще никогда, срок окупаемости превышает срок службы оборудования. Лишь в некоторых южных регионах страны солнечные системы отопления частного дома могут быть не убыточны при определённых условиях.

Читайте также:  Простые электродные котлы, сделанные своими руками

Научная станция на острове Ольхон (Россия). Применение вакуумных коллекторов (справа на крыше) для приготовления горячей воды и гелиопанелей (слева) для выработки электроэнергии имеет смысл, ведь центральных коммуникаций на этом скалистом байкальском острове нет. Однако для полноценного отопления в климате Бурятии солнечных систем недостаточно, греют дом «нормальные» печи, топливо для которых завозят с «большой земли», ведь изводить местный лес на дрова нельзя

Чертежи конструкций

Приступаем к работе

Прежде чем сооружать солнечный коллектор, необходимо произвести соответствующие расчеты и определить, как много энергии он должен производить. Но от самодельной установки ждать высокого КПД не стоит. Сориентировавшись, что его будет достаточно – можно приступать.

Работу можно поделить на несколько основных этапов:

  1. Изготовить короб
  2. Изготовить радиатор или теплообменник
  3. Изготовить аванкамеру и накопитель
  4. Собрать коллектор

Чтобы изготовить коробку под солнечный коллектор своими руками, следует заготовить обрезную доску толщиной 25-35 мм и в ширину 100-130 мм. Дно ее следует сделать текстолитовым, оснастив его ребрами. Оно также должно быть хорошо теплоизолированное при помощи пенопласта (но предпочтение отдают минеральной вате), накрытого оцинкованным листом.

Еще 4 эффективных способа альтернативного отопления дома

О которых вы можете узнать в нашей следующей статье

Подготовив короб, настает пора мастерить теплообменник. Следует придерживаться инструкции:

  1. Необходимо подготовить 15 тонкостенных металлических трубок длиной 160 см и две дюймовые трубы длиной 70 см
  2. В обоих утолщенных трубках сверлятся отверстия диаметра меньших трубок, в которые они будут устанавливаться. При этом нужно следить за тем, чтоб они были по одной стороне соосны, максимальный шаг между ними 4.5 см
  3. Следующий этап – все трубки нужно собрать в единую конструкцию и надежно сварить
  4. Теплообменник монтируется на лист оцинковки (ранее прикрепленный к коробу) и фиксируется при помощи стальных хомутов (можно сделать металлические зажимы)
  5. Днище короба рекомендуют покрасить в темный цвет (например, черный) – он будет лучше поглощать солнечное тепло, но чтобы снизить тепловые потери, внешние элементы красятся белым
  6. Завершить монтаж коллектора необходимо установкой покровного стекла около стенок, при этом не забыв о надежной герметизации стыков
  7. Между трубками и стеклом оставляется расстояние, равное 10-12 мм

Остается соорудить накопитель под солнечный коллектор. Его роль может исполнять герметичная емкость, объем которой варьируется около 150-400 л. Если найти одну такую бочку не удается, можно сварить между собой несколько небольших.

Как и коллектор, накопительный бак основательно изолируют от потерь тепла. Остается изготовить аванкамеру – небольшой сосуд объемом 35-40 л. Он должен оснащаться падающим воду устройством (шарнирным краном).

Остается самый ответственный и важный этап – собрать коллектор воедино. Сделать это можно таким образом:

  1. Вначале необходимо установить аванкамеру и накопитель. Необходимо следить, чтоб уровень жидкости в последнем был на 0.8 м ниже, чем в аванкамере. Так как воды в таких устройствах может собираться немало, необходимо продумать, каким образом они будут надежно перекрываться
  2. Коллектор размещается на крыше дома. Исходя из практики, рекомендуется делать это на южной стороне, наклонив установку под углом 35-40 градусов к горизонту
  3. Но нужно учитывать, что между накопителем и теплообменником расстояние не должно превышать м, иначе потери будут слишком существенны
  4. В конце должна получиться следующая последовательность: аванкамера обязана располагаться выше накопителя, последний – выше коллектора

Наступает самый ответственный этап – необходимо соединить все составляющие воедино и подключить к готовой системе водопроводную сеть. Для этого потребуется посетить магазин сантехники и приобрести необходимые фитинги, переходники, сгоны и прочую запорную арматуру. Высоконапорные участки рекомендуют соединять трубой диаметром 0.5 дюйма, низконапорные – 1 дюйм.

Введение в эксплуатацию выполняется следующим образом:

Чертежи конструкций
  1. Установка заполняется водой посредством нижнего дренажного отверстия
  2. Подсоединяется аванкамера и регулируются уровни жидкости
  3. Необходимо пройтись вдоль системы и проверить, чтобы не было утечек
  4. Все готово к повседневной эксплуатации

Особенности применения солнечных коллекторов

Учитывая, как работает солнечный коллектор для нагрева воды, максимальная эффективность оборудования достигается при условии интенсивного солнечного излучения. Лучше всего гелиоколлекторы работают в южных широтах. Однако и в средней полосе они демонстрируют высокую эффективность. Их применение позволяет экономить до 60% энергии на отопление и горячее водоснабжение объектов. При благоприятных же погодных условиях солнечные коллекторы обеспечивают работу системы отопления и ГВС в автономном режиме.

Читайте также:  Интересные примеры кованого интерьера в прихожей

Плоские солнечные коллекторы демонстрируют высокую эффективность в теплое время года. С наступлением осенних холодов их эффективность уменьшается, а зимой — снижается кардинально. Однако при этом они значительно дешевле вакуумных моделей и являются намного более простыми в обслуживании. Поэтому гелиоколлекторы плоского типа оптимально подходят для объектов, на которых необходимость в получении горячей воды существует в течение теплого сезона. В том числе их применяют на дачах, на туристических объектах, используют для подогрева воды в открытых бассейнах и т.д.

Трубчатые вакуумные коллекторы могут использоваться круглый год. В зимний период их эффективность снижается намного меньше, что дает возможность применять их в качестве источников тепловой энергии для отопления помещений.

Важным условием для высокой эффективности солнечного коллектора является его правильная установка. Располагать оборудование необходимо таким образом, чтобы на него не падала тень от соседних строений, деревьев и других объектов. Кроме того, панель должна быть ориентирована лицевой поверхностью в сторону юга. Если это невозможно реализовать технически, то нужно задать максимально приближенное к югу направление.

Таким образом, при условии правильного выбора и установки гелиоколлектора он поможет с максимальной эффективностью использовать солнечную энергию и сократить затраты на отопление и горячее водоснабжение.

Понравилась статья? поделитесь с коллегами и друзьями

Эффективность работы

Солнечные коллекторы, или гелиосистемы, способны работать круглый год без перерыва.

Даже в условиях облачности до поверхности земли доходит больше половины излучения. Кроме того, их эксплуатация абсолютно безопасна для человека и окружающей среды. Любой гелио комплект прост в обслуживании, выглядит эстетично, облагораживает внешний облик частного дома. К плюсам устройств также можно отнести:

  • автономность горячего водоснабжения зимой, летом, при перебоях и ремонтных работах;
  • срок службы до 30 лет, окупаемость с выгодой от трат на отопление через 3-5 лет;
  • отсутствие тарификации, ежемесячный расчет независим от повышения цен на электричество;
  • возможность одновременного использования для обогрева бассейнов, теплиц, хозяйственных помещений;
  • легкая интеграция в существующий комплект отопления;
  • отсутствие грязи, отходов;
  • снижение суммарной нагрузки на электро- и теплосеть дома;
  • оптимизация под собственные нужды.

Отрицательные моменты использования солнечных коллекторов не столь многочисленны:

Эффективность работы
  • высокая стоимость первичной покупки и установки. В зависимости от производителя, масштабности и комплектации вся гелиосистема может обойтись до 10 тысяч долларов. Даже модели попроще обходятся в крупную сумму, которую необходимо заплатить единовременно;
  • на эффективность работы коллекторов могут влиять не только климатические условия, но и особенности ландшафта, форма крыши, типичная длина светового дня и прочие факторы. От подобных показателей зависит период окупаемости.

Пассивная циркуляция внутри солнечного коллектора обусловит меньшую производную эффективность. При принудительном управлении вода и энергия расходуются более продуктивно. Второй вариант требует усложненного обслуживания, но больше подходит для условия средней полосы проживания. Для южных регионов введение в обиход гелиосистемы нередко сокращает расчет за электроэнергию вдвое.

КПД солнечного коллектора достигает 95%. Края с суровым климатом проявляют показатель пониже, но также оправдывают использование. Чтобы произвести расчет годовой эффективности коллектора, требуется перемножить величину инсоляции в регионе за год (существуют специальные таблицы), площадь поглощения системы и его КПД. Расчет дневной выгоды проводится таким же образом, но с учетом соответственного (дневного) показателя инсоляции.

Рассказ о коллекторе зимой

Изготовление плоского солнечного коллектора своими руками

На первом этапе выполняется расчет солнечного коллектора для отопления, исходя из площади помещения. Его габариты также определяются уровнем активности солнца в данном регионе, расположением дома, характеристикой местности.

Корпус коллектора изготавливается из древесины или стекла. Можно использовать старые окна с остеклением. Для создания абсорбера подойдут алюминиевые или медные трубки, свернутый резиновый шланг, стальные плоские батареи. Можно создать коллектор из полипропиленовых труб черного цвета.

На днище корпуса укладывается теплоизоляционный материал в виде пенопласта или минеральной ваты. Далее вся площадь покрывается металлическим листом из тонкой стали или алюминия для усиления эффекта теплоотдачи.

Изготовление плоского солнечного коллектора своими руками

Сверху монтируются трубы змеевика, которые крепятся к металлическому листу с помощью скоб. Его концы выводятся наружу. Поверхность конструкции покрывается ударопрочным закаленным стеклом или прозрачным поликарбонатом, оставляя зазор 10-15 см для хорошего теплообмена. Накопительный бак защищается теплоизолирующим материалом или окрашивается в черный цвет. К нему подключается нагревательный элемент, от которого выполняется разводка труб системы отопления дома.

Солнечный коллектор плоского типа можно изготовить собственноручно.

Обратите внимание! Все стыковые соединения должны быть надежно загерметизированы.