Как подогреть бассейн солнечными коллекторами?

Для чего используются тепловые солнечные коллекторы? Где можно их использовать — сферы применения, варианты применения, плюсы и минусы коллекторов, технические характеристики, эффективность. Можно ли сделать самому и насколько это оправдано. Схемы применения и перспективы.

Что такое солнечный коллектор

Солнечный коллектор — это устройство, предназначенное для преобразования солнечной энергии в тепловую для нагрева теплоносителя. Нагретая вода может применяться для отопления или для ГВС.

Устройство солнечного коллектора отличается сравнительной простотой. Его основным элементом является адсорбер — медная пластина, которая соединяется с трубопроводом для циркуляции воды в системе. Адсорбер покрывается специальным черным покрытием для максимально эффективного поглощения солнечных лучей. При нагреве медной пластины от солнца происходит нагревание и воды в трубе. После этого она подается в систему отопления или горячего водоснабжения.

Адсорбер для защиты от внешних воздействий покрывается закаленным стеклом. Качественные характеристики стекла оказывают большое влияние на эффективность солнечного коллектора для нагрева воды. Обычное стекло оказывается недостаточно прозрачным, что приводит к увеличению потерь энергии. Кроме того, эти потери растут также за счет его бликования, в результате которого часть солнечного света отражается. Чтобы повысить КПД гелиоколлектора, для его оснащения применяют специальное стекло, состав которого отличается уменьшенным содержанием железа, что делает его более прозрачным. Также используются антибликовые покрытия. В некоторых случаях вместо стекла может использоваться поликарбонат.

Для эффективной работы солнечного коллектора он выполняется в герметичном корпусе. Это дает возможность предотвратить попадание в пространство между стеклом и пластиной адсорбера влаги и пыли, рассеивающей солнечный свет. Также в это пространство может закачиваться инертный газ, что позволяет снизить переход тепла от медной пластины к стеклу.

Что такое солнечный коллектор и зачем он нужен

Ежедневно на землю падает огромное количество солнечного излучения большая часть которого не используется. Задача коллектора — «впитать» в себя определенную долю этого излучения и преобразовать его в пригодную для человеческих потребностей энергию.

При этом важно отличать:  солнечное излучение может быть преобразовано в 2 вида энергии – тепловую и электрическую.

Что такое солнечный коллектор и зачем он нужен
  1. Солнечные коллекторы применяются для получения тепла и нагрева воды. Они нагревают воду которая используется для ГВС и отопления здания.
  2. Солнечные батареи (они же фотоэлектрические модули) применяются для выработки электроэнергии. Они имеют совершенно другой принцип действия.

Существует также комбинированная технология. Панели, которые одновременно вырабатывают электрическую и тепловую энергию.

Пример расчета для плоского гелиевого конвертера

Для начала нужно установить, какое количество солнечной энергии попадает на поверхность, установленную перпендикулярно лучам солнца. Известно, что на один квадратный метр поверхности, находящейся за пределами атмосферы, попадает 1367 ватт энергии Солнца.

Проходя через атмосферу, солнечное излучение теряет в мощности от трехсот до пятисот ватт. Поэтому на поверхность Земли в ясную безоблачную погоду в средних широтах на один квадратный метр попадает от 800 до 1000 ватт мощности. Для расчетов принимается среднее значение – 900 ватт. Для упрощения расчетов в качестве модели используется условный солнечный конвертер площадью в один квадратный метр.

Схема тепловых потерь плоского солнечного коллектора

Пример расчета для плоского гелиевого конвертера

Солнечная энергетика – это не только свет, преобразованный в электричество. Это еще и горячая вода, и тепло в доме. Чтобы преобразовать энергию солнечного излучения в тепло, нужны специальные установки – солнечные коллекторы. В период с апреля по октябрь эти установки снабжают дома горячей водой, а в осенне-зимний период совместно с традиционными источниками энергии отапливают помещения.

Владельцам коттеджей, загородных домов использование солнечных коллекторов дает существенную экономию средств, так как горячая вода поступает в дом практически бесплатно. Но для того, чтобы эти установки работали в самом оптимальном режиме, перед тем, как выбрать тип установки, ее месторасположение, необходимо выполнить хотя бы приблизительный, прикидочный расчет солнечного коллектора для ГВС (горячего водоснабжения).

Читайте также:  Какую схему отопления выбрать для двухэтажного дома

Инструкция изготовления солнечной батареи своими руками

Вариантов исполнения солнечных коллекторов много. Для подогрева воды в открытых бассейнах на даче без больших финансовых затрат, можно изготовить солнечный коллектор самостоятельно своими руками.

Простая схема из шланга для полива

  • На металлический лист 1500х1500х2 мм. наносится краска чёрного цвета.
  • Поливочный шланг сворачивается спиралью. Необходимо создать 4 улитки по 60 см в диаметре соединённые между собой последовательно.
  • Закрепить спирали между собой можно посредством проволоки или бечёвки.
  • Укладываются они на плоскость листа.
  • Подача воды из бассейна осуществляется через циркуляционный насос.
  • Напор регулируется опытным путём.
  • Лист необходимо приподнять для создания угла равного 60 градусам. Это необходимая величина для попадания на коллектор прямых солнечных лучей.
  • Вода в такой системе прогревается до 500С.
  • В течение нескольких часов вода в небольшом бассейне приобретёт комфортную температуру.

Более сложный вариант сборки коллектора из пластиковой трубы

  • На лист фанеры с рабочей стороны наносится чёрная краска.
  • Из полипропиленовой трубы диаметром 10 мм спаивается система в виде змеевика.
  • Отрезки трубы соединяются уголками.
  • Шаг между прямыми участками трубы равен 50 мм.
  • Конструкция крепиться к листу фанеры с помощью полиэтиленовых самозатягивающихся хомутов.
  • Труба окрашивается краской в чёрный цвет. Это необходимо не только для нагрева воды, но и для защиты материала трубопровода от разрушительного воздействия ультрафиолета.
  • Готовый блок обрамляется рамой из рейки 20х20 мм.

Сверху на раму закрепляются полосы стекла. Они обеспечат лучший прогрев трубы за счет создания барьера для защиты от ветра и аккумуляции дополнительного объёма солнечных лучей.

  • Задняя стенка коллектора обклеивается пенопластом для создания теплоизоляции внутреннего пространства.
  • Для установки конструкции собирается каркас из бруса сечением 50х50 мм.
  • Коллектор устанавливается на каркас жёстко для сопротивления ветру.
  • Подача воды осуществляется с нижнего края с применением циркуляционного насоса.
  • Выход воды осуществляется в верхнем углу противоположной стороны системы.
  • Температура воды при правильной регулировке насоса достигает 650с.
  • Горячая вода по шлангу поступает в бассейн.

Самодельный солнечный коллектор

  • Первым делом сооружается каркас. Он должен быть прочным, чтобы выдержать вес полотна. Брусья скрепляются мебельными уголками. Желательно сделать таким образом, чтобы полотно могло наклоняться под разными углами. В зависимости от падения солнечных лучей. Тогда подогрев бассейна от солнечных батарей будет быстрее и эффективнее.

ВАЖНО! Так как вес коллектора может достигать до 30-35 кг, то каркас должен быть прочным и способным без проблем выдержать такую массу. Обязательно учтите вес стекла, снега, воды воздействие на конструкцию ветра и т.п.

Самодельный солнечный коллектор
  • Из брусьев сооружается полотно. Полотно представляет собой квадрат или прямоугольник. Это важная и основная часть конструкции. Полотно состоит из прочного ДСП, к которому крепится лист жести. Жесть покрывается черной матовой  краской. Черный цвет лучше прогревается. Если коллектор будет использоваться только летом, то дополнительный утеплитель не нужен. Короба и стекла будет достаточно. Если солнечный подогрев бассейна будет осуществляться в прохладное время года, то стоит уложить поверх змеевика утеплитель.
  • Змеевик лучше сделать из медных трубок. Жесть быстрее прогревается. Готовый спаянный змеевик, также окрашивается черной краской и становится похож на черный шланг. Держатели под него крепятся к полотну на одинаковом расстоянии. Причем змеевик должен быть меньше на 15 см самого полотна с каждой стороны. А выходные трубки наоборот больше. К ним в будущем будут подведены шланги с водой.
  • Также нельзя забывать, что солнечный коллектор для бассейна, должен быть оснащен автоматическими клапанами, которые будут выпускать образовавшийся водяной пар от горячей воды.
  • Короб хорошо промазывают герметиком, чтобы воздуха практически не было.
  • Закрывают стеклом.
  • Подсоединяют шланги на вход и выход воды.
  • Коллектор устанавливают недалеко от бассейна на ровную поверхность. Главное условие, чтобы место под коллектор освещалось как можно дольше. И не было тени от построек и деревьев.

Солнечный коллектор для подогрева воды в бассейне готов. И для его конструкции потребуется немного времени и затрат. Он окупит себя в первый же год. Особенно хорошо для тех мест, где частые перебои с электричеством. Таким коллектором можно обогреть не только воду в бассейне, но и душе.

Солнечный коллектор можно приобрести в специализированном магазине. Несмотря на то, что цена достаточно высокая, он оправдывает ее. Так как при установке такого коллектора на крыше или земле вашего участка вы:

Самодельный солнечный коллектор
  • Нагреватель будет отапливать воду не только в бассейне, но и для душа, мытья посуды, полива в теплице.
  • Пар от горячей воды пойдет на обогрев дома. Снизит затраты на электрический котел, и нагрузку на него.
  • Работоспособность солнечной батареи 20 лет.
  • Теплоноситель нагревает воду и подает в накопительный бак, которым может пользоваться вся семья.
  • Красивый внешний вид.

СОВЕТ! Если вы все же решили приобрести коллектор, то не стоит экономить на нем. Дешевый прибор может иметь маленький срок гарантии и низкий период эксплуатации. К тому же КПД применения плоского прибора в холодном климате в разы ниже, чем вакуумного.

Солнечные батареи для отопления

Конструкция солнечных батарей

Читайте также:  Проектирование систем отопления загородного дома и коттеджа

Нередко происходит путаница – солнечные коллекторы также называют батареями. Но на практике для организации отопления дома солнечной энергией чаще всего используют именно первый вид оборудования.

Принцип работы отопления частного дома солнечными батареями заключается в преобразовании тепловой энергии в электрическую. Для этого в конструкции панелей предусмотрены следующие компоненты:

  • Фотоэлементы. При попадании на них солнечного света происходит формирование так называемого фототока;
  • Защитный прозрачный корпус. Предотвращает повреждение фотоэлементов;
  • Преобразователи электрического тока – инверторы, трансформаторы , аккумуляторы и т.д.

Т.е. фактически солнечная батарея отопления является большим зарядным устройством. В первую очередь она предназначена для получения дешевой электрической энергии. Применение ее в качестве одного из элементов отопления нецелесообразно. Для теплоснабжения дома площадью 60 м² с нормальным показателем утепления потребуется 6 кВт тепловой энергии в час. У стандартной солнечной батарея отопления размером 284*254 мм удельная мощность равна 5 Вт/ч. Т.е. для обеспечения теплоснабжения потребуется площадь покрытия батарей 82 м².

Как видно из расчетов это более чем нецелесообразно. Именно поэтому предпочитают делать солнечный коллектор для отопления своими руками или приобретать заводские установки.

Вместо отопления частного дома солнечными батареями их можно использовать в качестве источника дешевой электроэнергии для работы маломощных бытовых приборов.

Что лучше

Система солнечного теплоснабжения может устанавливаться на крышах любого вида. Более прочными и надежными считаются плоские коллекторы, в отличие от вакуумных, конструкция которых более хрупкая. Однако при повреждении плоского коллектора придется заменить всю абсорбирующую систему, тогда как у вакуумного замене подлежит лишь поврежденная батарея. Эффективность вакуумного коллектора гораздо выше, чем плоского. Их можно использовать в зимнее время и они производят больше энергии в пасмурную погоду. Достаточно большое распространение получил тепловой насос, несмотря на свою высокую стоимость. Показатель выработки энергии у вакуумных коллекторов зависит от величины трубок. В норме размеры трубок должны составлять в диаметре 58 мм при длине от 1,2-2,1 метра. Достаточно сложно установить коллектор своими руками. Однако обладание определенными знаниями, а также следование подробным инструкциям по монтажу и выбору места системы, указанными при покупке оборудования существенно упростит задачу и поможет принести в дом солнечное теплоснабжение.

Что лучше

Требования к материалам для изготовления самодельного солнечного коллектора

Для изготовления каркаса солнечного коллектора для отопления своими руками применяется фанера, деревянный брус, плиты ОСП или другие подобные варианты. Как альтернативу можно использовать алюминиевый или стальной профиль со вставками из аналогичных материалов, что придаст конструкции прочность и надежность. Однако такой корпус будет иметь высокую стоимость.

Материалы должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к конструкциям, которые располагаются на открытом воздухе. Поскольку в среднем период эксплуатации солнечного коллектора составляет 20-30 лет, необходимо, чтобы материалы характеризовались высокими эксплуатационными характеристиками, которые будут оставаться неизменными на протяжении всего периода службы установки.

Древесина для корпуса должна обрабатываться водно-полимерными составами и покрываться лакокрасочными эмульсиями. Стальной профиль необходимо надежно защитить от коррозии.

Требования к материалам для изготовления самодельного солнечного коллектора

Для изготовления каркаса коллектора используется фанера, плиты ОСБ или брус

Для изготовления абсорбера гелиостата своими руками используют доступные подручные материалы. Змеевик может быть произведен из жесткой ПВХ трубы с фитингами, гибкой ПНД трубы, гнутой медной или металлической трубки. Для абсорбера подойдет теплообменник старого холодильника. Также элемент можно выполнить из алюминиевых банок или пластиковых бутылок. Главным критерием выбора является теплопроводность материала.

Для предотвращения потерь тепла корпус следует утеплить со всех сторон. Для этих целей преимущественно используется минеральная вата или пенопласт. Хорошо себя зарекомендовал фольгированный вариант утеплителя, который обеспечит не только теплоизоляцию, но и отражение лучей солнца от поверхности.

Читайте также:  Автономное отопление в частном доме. Какой системе отдать приоритет?

Важно! В слое утеплителя из пенопласта необходимо выполнить канавки для укладки змеевика.

Теплообменник закрывается защитной поверхностью, в качестве которой может быть использовано закаленное стекло или монолитный поликарбонат. Материал должен иметь рифленую, а не гладкую поверхность.

Требования к материалам для изготовления самодельного солнечного коллектора

Чтобы предотвратить потерю тепла, корпус коллекторов утепляют минеральной ватой или пенопластом

Установка

Поскольку оборудование работает от солнечной энергии, то, соответственно, установка обогревателя будет проводиться на открытом воздухе. Монтаж рекомендуют проводить на крышах зданий, на балконах или других архитектурных выступах.

Экран водонагревателя должен быть направлен на юг. Установку проводят под определенным углом к горизонту, который эквивалентен географической широте местности.

Водонагреватель постоянно поглощает энергию и по понятным причинам источник энергии выключить нельзя, поэтому, в случае малого потребления воды, температура застоя может достигать до 300°С.

По этой причине не допускается использование пластиковых и стальных труб с цинковым покрытием. Оптимальными в эксплуатации станут трубопроводы, изготовленные из меди или нержавеющей стали.

Горячий контур солнечного водонагревателя должен иметь теплоизоляцию, это позволит избежать ожогов и возгораний. Следует учесть температурный режим работы оборудования при выборе теплоизоляции и крепежей.

Производители солнечных водонагревателей на корпусе своей продукции указывают точную температуру застоя. Панели коллектора должны находиться на открытом пространстве, чтобы был открытый доступ к солнечному свету. Необходимо исключить наличие возможных преград.

Чаще всего углом наклона коллектора будет наклон ската крыши. Для того, чтобы эффективность работы водонагревателя приблизить к максимальной, лучше придерживаться рекомендаций и использовать специальный стеллаж, на который будет крепиться коллектор.

Т.е. залогом правильной и эффективной работы оборудования являются всего несколько правил:

  • направление на юг;
  • правильный угол наклона;
  • беспрепятственный доступ к солнечному свету;

Некорректная установка снизит качество работы водонагревателя, а вложенные средства не будут оправданы. Тип нагревателя также может играть роль в способе его установки. При монтаже учитывают тип используемого оборудования.

Пассивная

Подразумевает само собой протекающую абсорбцию и аккумулирование энергии. Солнечная энергия попадает на объект нагрева без контроля этого процесса, т.е. отсутствуют какие-либо механизмы и контролирующие элементы. Это простая система, которая не требует особых затрат. Однако недостатки в том, что водонагреватель работает неравномерно и не на полную мощность.

Самый наглядный пример – это затемненный бак, который размещен над летним душем. В таком пассивном режиме работают одноконтурные системы, в которых применяется процесс естественной циркуляции. Для полноценной работы системы приемный бак размещают выше коллектора, но такой способ установки не всегда удобен. Решить вопрос можно с помощью другого способа работы системы.

Активная

Лишена недостатков пассивной системы. Ее функционирование основано на том, что солнечные лучи благодаря специальным устройствам переходят в тепловую энергию, которая систематически передается нагревательному баку и потребителю. Функционирование такого нагревателя достигается благодаря принудительной циркуляции, которая может поддерживаться в одно- и двухконтурных системах. Также применяют и дополнительно устанавливают двигатели, которые поворачивают панели и насосы, измерительную аппаратуру, а также устройства контроля и управления работой системы.

Нюансы монтажа и эксплуатации

Перед сборкой и запуском системы будет полезно изучить советы тех, кто уже на практике осуществил монтаж устройства и начал его использовать по назначению.

Где брать тепло

На начальном этапе проектирования отопления с использованием ТН вода-вода надо выбрать первичный источник тепла.

Лучший вариант — открытый водоем (пруд, река, озеро, море) достаточной площади и глубины на расстоянии до 100 метров от дома.

Если такой возможности нет, то бурят скважины до глубины залегания водоносного слоя грунта.

Тут есть два варианта:

  1. Для открытого типа внешнего коллектора понадобится только две скважины на расстоянии друг от друга 20 метров. Из одной вода перекачивается на обогрев испарителя конденсаторного контура. Затем сбрасывается во вторую. При этом дебет скважины должен быть достаточным. Это определяется выкачиванием воды погружаемым насосом. Перед продолжением проектных работ надо сделать лабораторный анализ воды на содержание солей жесткости и взвешенных частиц.
  2. Если получен негативный результат анализа или дебета, понадобится пробурить больше. Нужно будет разместить в скважинах примерно такую же длину труб, как в открытом водоеме.