Воздушный солнечный коллектор для отопления дома

Главная » Отопление » Солнечный коллектор своими руками – дешевое тепло для обогрева дома!

Разновидности солнечных коллекторов – какими они бывают?

Под коллекторами понимают устройства, которые способны поглощать солнечную энергию, модифицировать ее в тепло, а затем отправлять на теплоноситель. Стандартный солнечный коллектор выполняется в виде пластмассового либо металлического корпуса, в который устанавливают пластины черного цвета из металла. Эти пластинки могут нагреваться до какой-либо определенной температуры.

В зависимости от ее величины, коллекторы делят на высоко-, средне- и низкотемпературные. Высокотемпературные устройства изготовить в домашних условиях нереально. Они создаются по сложным технологиям для эксплуатации на промышленных крупных объектах. Среднетемпературные конструкции, аккумулирующие достаточное количество солнечной энергии, можно применять для отопления жилых домов, а низкотемпературные – для подогрева воды. Эти два типа коллекторов вполне возможно сделать самому.

Интересующие нас устройства подразделяют на следующие виды:

  • плоские;
  • накопительные;
  • воздушные;
  • жидкостные.
Разновидности солнечных коллекторов – какими они бывают?

Солнечный коллектор на крыше

Плоский коллектор – это конструкция в виде ящика из металла с пластиной для поглощения света от Солнца. Она накрыта крышкой из стекла с небольшим содержанием железа, за счет чего на тепловоспринимающую пластинку попадает практически весь солнечный свет. Конструкция обязательно термоизолируется. Коэффициент полезного действия такого коллектора объективно мал – около 10 %. Увеличить его можно посредством нанесения специального полупроводника с аморфными характеристиками на пластину. Такие устройства годятся для нагрева воды в быту.

Более эффективным считается термосифонный (накопительный) коллектор. Его используют для нагрева воды и поддержания температуры на заданном уровне в помещении в течение некоторого времени. Конструктивно он выполняется в виде 1–3 баков, устанавливаемых в ящик с теплоизоляцией. Как и плоское устройство, его накрывают крышкой из стекла. В холодную пору применять такой коллектор затруднительно. А вот летом, когда свет от Солнца очень сильный, его можно эксплуатировать в домашних условиях.

Жидкостные солнечные конструкции используют в качестве теплоносителя воду. Они изготавливаются с разомкнутым либо замкнутым принципом теплообмена, могут быть без стекол и остекленными. Эксплуатация подобных устройств сопряжена с неудобствами – они часто подтекают и вполне могут замерзнуть в зимние месяцы. Этих проблем лишены воздушные коллекторы, которые чаще всего применяются для сушки фруктов, овощей и относительно небольших объемов другой сельскохозяйственной продукции. Воздушный аппарат конструктивно прост, его легко обслуживать, поэтому он пользуется заслуженной популярностью.

Солнечные системы отопления частного дома и их характеристики

Обогревать солнечным отоплением дом можно и в пасмурный день, потому что оборудование поглощает энергию солнца и через облака тоже. Солнечные установки делятся на такие виды:

  • Вакуумные;
  • Плоские;
  • Коллекторно-концентратные;
  • Воздушные.
Солнечные системы отопления частного дома и их характеристики

Вакуумные установки представлены панелями, которые потребляет солнечную энергию.

Солнечные системы отопления частного дома этого типа подогревают носитель тепла до 250 градусов Цельсия, поэтому тепловых потерь нет.

Покрытие у них стеклянное и выполнено из нескольких слоев. Монтировать вакуумные установки несложно, главное правильно определить угол наклона, составлять он должен более 25 градусов.

Солнечные системы отопления частного дома и их характеристики

Плоские коллекторы для систем солнечного отопления выглядят и работают по подобию вакуумных. Покрытие выполнено из стекла или поликарбоната. Сзади покрытие сделано из теплоизоляционного материала. Современные установки могут подогревать носитель тепла до 230 градусов Цельсия. Цена солнечных коллекторов для отопления данного типа приемлемая.

Немного по-другому функционируют концентраторы. Это стационарные устройства, которые принимают солнечные лучи под различными углами наклона.

Читайте также:  Какой камин лучше чугунный или кирпичный?

Специальный отражатель установлен под поверхностью коллектора.

Солнечные системы отопления частного дома и их характеристики

Данные агрегаты греют не теплоноситель, а само здание.

Системы солнечного отопления с помощью воздушного коллектора работают для обогрева внутренних комнат или для просушивания продуктов сельского хозяйства. Конструкция состоит из:

 

Солнечные системы отопления частного дома и их характеристики
  • Внешнего блока (дно выкрашено в черный цвет);
  • Стеклянной плиты сверху;
  • Вентилятора (подает подогретый воздух в дом).

Эта установка более удобна, чем водяная, из-за отсутствия труб и цена данных солнечных коллекторов для отопления меньше. А потому что нет носителя тепла внутри коллектора, значит, не страшны заморозки. Еще один плюс это быстрый и легкий монтаж.

Материалы для изготовления

Для того, чтобы сделать солнечный коллектор, вам понадобятся:

Материалы для изготовления
  • радиатор охлаждения от старого холодильника;
  • влагостойкая фанера;
  • деревянные бруски;
  • теплоизоляционная фольга;
  • стрейч или оргстекло;
  • обычный и двусторонний скотч;
  • тонкий силиконовый шланг;
  • погружной водяной насос на 12 В, 5 Вт;
  • автоматический конвертер напряжения;
  • солнечная панель SP-12 на 25 Вт;
  • паяльник;
  • изолированные провода;
  • мультиметр.

Шаг 1. Делаем корпус коллектора

Материалы для изготовления

1

Из брусков делаем каркас корпуса коллектора по размеру радиатора охлаждения холодильника.

2

Дно корпуса делаем из влагостойкой фанеры и застилаем его теплоизоляционной фольгой.

Материалы для изготовления

Фольгу лучше вырезать с загибом на бортики и приклеить на двусторонний скотч.3

В брусках делаем отверстия под выходы змеевика радиатора.

Материалы для изготовления

4

Устанавливаем радиатор в корпус, выводя змеевик через отверстия в брусках.

5

Конденсатор радиатора прикрепляем к корпусу скотчем.

Материалы для изготовления

6

В идеале корпус коллектора нужно накрыть оргстеклом, но за неимением последнего можно обойтись 3-4 слоями стрейча.

Для увеличения КПД коллектора, поверхность стрейча должна быть как можно ровнее.

Материалы для изготовления

7

Для удобства переноски и установки приделаем к корпусу ручки.

Шаг 2. Собираем систему подачи воды

Материалы для изготовления

1

Подсоединяем к змеевику тонкий силиконовый шланг. Если он находит неплотно, подматываем изоленту.

2

Второй конец шланга подсоединяем к выходу насоса.

Материалы для изготовления

Насос можно брать небольшой производительности (≈ 250 литров в час), главное, чтобы он поднимал воду на нужную высоту (в примере – 3 м).3

Для защиты насоса, питание на него будем подавать от солнечной батареи через конвертер по следующей схеме.

Материалы для изготовления

4

Подпаиваем провода к конвертеру и настраиваем на выходе 12 В.

5

Для удобства в эксплуатации, к входным проводам конвертера и выходным проводам солнечной батареи подпаиваем коннекторы.

Материалы для изготовления

Шаг 3. Проводим испытание

1

Подключаем конвертер к солнечной батарее и проверяем напряжение на его выходе. Оно должно быть 12 В.

Материалы для изготовления

2

Подключаем насос и опускаем его на дно емкости с холодной водой (21 градус Цельсия).

3

Солнечный коллектор располагаем так, чтобы он был максимально повернут к лучам солнца.

4

Через какое-то время работы коллектора, температура воды в баке достигает 40 градусов Цельсия.

Можно, также подключить коллектор без насоса, поставив бак с водой на возвышение и оборудовав электромагнитным клапаном и электронным термостатом с датчиком. Тогда теплая вода будет периодически сбегать в дополнительную емкость. Но КПД такой установки значительно ниже, чем у описанной выше, что не скажешь о затратах на ее реализацию.Оценки покупателей: Будьте первым!

Из чего можно сделать гелиосистему самостоятельно

Для начала следует разобраться в том, какой принцип работы использует солнечный водонагреватель. Во внутреннем устройстве блока присутствуют следующие узлы:

  • корпус;
  • абсорбер;
  • теплообменник, внутри которого будет циркулировать теплоноситель;
  • отражатели для фокусировки солнечных лучей.

Заводской коллектор для нагрева воды от солнца работает следующим образом:

  • Абсорбция тепла — солнечные лучи проходят сквозь стекло, расположенное поверх корпуса, либо через вакуумные трубки. Внутренний абсорбирующий слой, контактирующий с теплообменником окрашен селективной краской. При попадании солнечных лучей на абсорбер выделяется большое количество тепла, которое собирается и используется для нагрева воды.
  • Теплопередача — абсорбер расположен в тесном контакте с теплообменником. Аккумулируемое абсорбером и передаваемое теплообменнику тепло нагревает жидкость, движущуюся по трубкам к змеевику внутри бака теплонакопителя. Циркуляция воды в водонагревателе осуществляется принудительным или естественным способом.
  • ГВС — используется два принципа подогрева горячей воды:
    1. Прямой нагрев — горячая вода после нагрева попросту сбрасывается в теплоизолированную емкость. В моноблочной гелиосистеме в качестве теплоносителя используется обычная бытовая вода.
    2. Второй вариант — обеспечение ГВС с пассивным водонагревателем по принципу косвенного нагрева. Теплоноситель (часто антифриз) под давлением направляется в теплообменник гелиоколлектора. После нагрева разогретая жидкость подается в накопительный бак, внутри которого встроен змеевик (играющий роль нагревательного элемента), окруженный водой для системы горячего водоснабжения. Теплоноситель разогревает змеевик, посредством чего и передает тепло воде, находящейся в емкости. При открытии крана нагретая вода из теплоаккумулирующей ёмкости поступает к точке водоразбора. Особенность гелиосистемы с косвенным нагревом в способности работать в течение всего года.

Принцип работы, используемый в дорогостоящих заводских гелиосистемах, копируется и повторяется в коллекторах, изготавливаемых своими руками.

Рабочие конструкции солнечных водонагревателей имеют схожее устройство. Только изготавливаются из подручных материалов. Существуют схемы производства коллекторов из:

Судя по схемам, современные «Кулибины» отдают предпочтение самодельным системам с естественной циркуляцией, термосифонного типа. Особенность решения в том, что накопительную емкость располагают в верхней точке ГВС. Вода самотеком циркулирует в системе и подается потребителю.

Собираем систему

После того как основные элементы будут готовы, необходимо их правильно разместить и соединить между собой. Солнечные коллекторы для отопления дома предполагают, что сначала будет установлена аванкамера и накопительный бак. В каждой необходимо правильно соблюсти соотношение уровней. В аванкамере поверхность воды должна быть на 80 см выше, чем в накопительном баке. Разрабатывая отопление дома солнечными коллекторами зимой, необходимо помнить, что располагать внешние элементы лучше на крыше, с ее южной стороны, под углом 40-45 градусов. Между радиатором и накопительным баком должно соблюдаться определенное расстояние – не меньше 70 см.

Шаг 6: Устанавливаем солнечные батареи и вентилятор

  • Осторожно прикрутите вентилятор саморезами к верхнему отверстию солнечного нагревателя.
  • Не забудьте убедиться в том, что вентилятор при работе будет вытягивать воздух из коллектора.
  • Положите его горизонтально стеклом вверх.
  • Нанесите небольшое количество герметика на заднюю сторону панели солнечной батареи и приклейте батарею к одному из верхних углов коллектора.
  • Подключите солнечную батарею к вентилятору и дайте силикону высохнуть в течении ночи.

Разберемся, как будет работать устройство:

Шаг 6: Устанавливаем солнечные батареи и вентилятор
  • Вентилятор высасывает нагретый воздух из верхней части; разряжение, создаваемое в коллекторе засасывает холодный воздух внутрь.
  • В сущности, вентилятор позволяет быстрее нагревать помещение, чем если бы нагретый воздух из коллектора поступал в дом за счет конвекции.
  • Верхнее и нижнее отверстия будут соединяться с помещениями в доме.
  • Если для нагрева воздуха солнечной энергии будет достаточно, то и для вентилятора хватит энергии солнечной батареи для работы.

Плюсы и минусы альтернативной отопительной системы

Достоинств у солнечной системы обогрева не так много, но каждое из них весомо и может стать причиной для частных экспериментов:

Плюсы и минусы альтернативной отопительной системы
Плюсы и минусы альтернативной отопительной системы
  • Экологические достоинства. Это безопасный для жильцов дома и окружающей природы, чистый источник тепла, не требующий применения традиционных видов топлива.
  • Автономность. Владельцы систем абсолютно не зависят от цен на энергоносители и от экономической обстановки в стране.
  • Экономичность. При сохранении традиционной отопительной системы появляется возможность снизить затраты на оплату горячего водоснабжения.
  • Общедоступность. Для установки солнечных систем не нужно разрешения из государственных инстанций.
Плюсы и минусы альтернативной отопительной системы
Плюсы и минусы альтернативной отопительной системы

Но существует и неприятные моменты, способные испортить общую картину. Например, для определения эффективности работы системы потребуется продолжительный период – не менее 3 лет (при условии, что солнечной энергии достаточно и она используется активно).

Плюсы и минусы альтернативной отопительной системы
Плюсы и минусы альтернативной отопительной системы

Пользователи отмечают следующие недостатки:

Плюсы и минусы альтернативной отопительной системы
Плюсы и минусы альтернативной отопительной системы
  • высокие цены на оборудование, необходимое для запуска системы в эксплуатацию;
  • прямая зависимость количества произведенного тепла от географического положения и погоды;
  • обязательное наличие резервного источника, например, газового котла (на практике зачастую резервной оказывается гелиосистема).
Плюсы и минусы альтернативной отопительной системы
Плюсы и минусы альтернативной отопительной системы

Чтобы добиться большей отдачи, приходится регулярно следить за исправностью коллекторов, очищать их от мусора и беречь от образования наледи в заморозки. Если температура часто опускается ниже отметки 0ºС, нужно позаботиться о дополнительной теплоизоляции не только элементов гелиосистемы, но и дома в целом.

Читайте также:  Дрова для камина, чем лучше всего топить домашний камин

Преимущества

Кроме возможности обретения желанной прохлады, солнечный вентилятор сохранит открытые для солнца поверхности машины, в первую очередь приборную панель, от появления трещин, которые неизбежно появляются, если авто длительное время пребывает под палящими лучами солнца. Как уже упоминалось, благодаря нему, автомобиль охлаждается чистой с экологической точки зрения энергией. Кроме того, он снижает нагрузку на кондиционер, разряжающий аккумуляторную батарею. Ну, а для кого пока кондиционер остается несбыточной мечтой – такой вентилятор и вовсе находка. Ведь те, кто ездит на машинах старого образца, знают не понаслышке, что в жаркие дни салон превращается настоящую сауну. Установить вентилятор просто, он безопасен для окружающих, универсален, при парковке может работать кратковременно и длительно.

Проект системы отопления на коллекторах

Прежде всего, мы подробно разберемся с различиями в строении и функционировании батарей и коллекторов.

Панель состоит из нескольких фотоэлементов, соединенных между собой на каркасе из непроводящих энергию материалов.

Фотоэлектрические преобразователи – достаточно сложные конструкции, представляющие собой своеобразный сэндвич из пластин с различными характеристиками и назначениями.

Кроме гелио модулей и специального крепежа, система состоит из таких элементов:

  • аккумуляторов, для хранения энергии;
  • контроллера, который будет следить за степенью зарядки в аккумуляторе;
  • инвертора – для преобразования постоянного тока в переменный.

Коллекторы бывают двух видов: вакуумные и плоские.

Вакуумные коллекторы состоят из полых стеклянных трубок, внутри которых расположены трубки меньшего диаметра, содержащие поглотитель энергии. Меньшие трубки соединены с теплоносителем. В свободном пространстве между ними находится вакуум, который сохраняет тепло.

Принцип работы солнечного коллектора

Плоские коллекторы состоят из рамы и армированного стекла с фотонопоглощающим слоем. Слой поглотителя подключен к трубкам с теплоносителем.

Обе эти системы состоят из контура для теплообмена и теплового аккумулятора (бак для жидкости).

Из бака вода поступает в отопительную систему при помощи насоса. Во избежание потерь тепла, бак должен быть хорошо утеплен.

Располагаться такие установки должны на южном скате кровли. Угол наклона должен быть 30–45 градусов. Если расположение дома или конструкция крыши не позволяют установить панели гелиосистемы на кровле, то можно установить их на специальных укрепленных каркасах или на стойках, закрепленных в стену.

Количество солнечной энергии, выделяемой в разное время года, сильно отличается. Величину коэффициента инсоляции для места вашего проживания можно найти по карте солнечной активности. Зная коэффициент инсоляции, вы сможете посчитать необходимое вам количество модулей.

Например, вы потребляете энергии 8 кВт/ч, инсоляция в среднем 2 кВт/ч. Мощность солнечной панели – 250 Вт (0,25 кВт). Произведем расчеты: 8 / 2 / 0,25 = 16 штук – именно такое количество панелей вам понадобится.

Селективное покрытие

Селективное покрытие выполняет едва ли не самую основную функцию в работе коллектора. Пластина или радиатор с нанесённым покрытием притягивают в разы больше солнечной энергии, превращая её в тепло. Можно приобрести специальный химикат в качестве селективного покрытия, а можно просто окрасить теплонакопитель в чёрный цвет.

Чтобы сделать селективное покрытие для солнечных коллекторов своими руками, можно применить:

Селективное покрытие
  • специальный готовый химикат;
  • оксиды разных металлов;
  • тонкий теплоизоляционный материал;
  • чёрный хром;
  • селективную краску для коллектора;
  • чёрную краску или пленку.