Вакуумный солнечный коллектор: принцип работы + как собрать самому

Самое страшное бедствие – ехать куда-то в жару на автомобиле. Но, выход найден – это вентилятор на солнечной батарее. Он избавил от необходимости подключать к прикуривателю громоздкие вентиляторы, потому что работает автономно, используя солнечную энергию. Прикрепив компактный вентилятор к боковому стеклу автомобиля, салон наполнится долгожданной прохладой, оставив прикуриватель для подключения видеорегистратора или зарядки мобильника.

Принцип работы

Любой из упомянутых коллекторов состоит из светоуловителя и аккумулятора. Последний является тем самым устройством, которое преобразует один вид энергии в другой. Именно аккумулятор нагревает теплоноситель.

В настоящее время используются коллекторы трех типов — трубные, плоские и вакуумные. В конструкции первого и третьего типа в качестве теплоизоляции выступает вакуум. Из устройства удаляется воздух, который обычно заполняет межтрубное пространство. Но особенность такой конструкции заключается в том, что трубная система состоит из двух кожухов, расположенных один в другом. А между ними — вакуумный зазор.

Удобство трубной схемы заключается еще и в том, что ее покатистая поверхность позволяет солнечным лучам постоянно падать под углом 90°. А это самое эффективное направление, при котором происходит максимальный отбор солнечной энергии.

Обычно в качестве теплоносителя в установках используется обыкновенная вода. Сам агрегат может быть одноконтурным или двухконтурным. Топлива не требуется, угарных газов оборудование не выделяет, конструкция его очень проста. Эти и еще несколько достоинств солнечных коллекторов делает их весьма заманчивыми для организации системы отопления дома.

Добавим, что коэффициент полезного действия солнечного коллектора — 80%. Для бесплатной системы это очень приличный результат. И еще один показатель. Если соорудить своими руками воздушный солнечный коллектор размером 2х2 м, то в сутки это устройство будет нагревать 100 л воды. Но только в том случае, если солнце будет вырабатывать энергию 4–5 кВт/м². А это среднестатистическая солнечная активность в России.

Как сделать селективное покрытие

Высокоэффективный коллектор имеет высокую степень поглощения солнечной энергии. Лучи попадают на темную поверхность, после чего нагревают ее. Чем меньше излучения отталкивается от абсорбера солнечного коллектора, тем больше тепла остается в гелиосистеме.

Чтобы обеспечить достаточную аккумуляцию тепла требуется создать селективное покрытие. Вариантов производства несколько:

  • Самодельное селективное покрытие коллектора — используют любые черные краски, которые после высыхания оставляют матовую поверхность. Есть решения, когда в качестве абсорбера коллектора применяют непрозрачную темную клеенку. На трубы теплообменника, поверхность банок и бутылок наносят черную эмаль, с матовым эффектом.
  • Специальные абсорбирующие покрытия — можно пойти другим путем, приобретя для коллектора специальную селективную краску. В состав селективных ЛКМ входят полимерные пластификаторы и присадки, обеспечивающие хорошую адгезию, теплостойкость и высокую степень поглощения солнечных лучей.

Гелиосистемы, используемые исключительно для нагрева воды летом, вполне могут обойтись окрашиванием абсорбера в черный цвет при помощи обычной краски. Самодельные солнечные коллекторы для отопления дома зимой должны иметь качественное селективное покрытие. Экономить на краске нельзя.

Самодельная или заводская гелиосистема — что лучше

Изготовить в домашних условиях солнечный коллектор, способный по техническим характеристикам и показателям сравниться с заводской продукцией нереально. С другой стороны, если требуется просто обеспечить достаточным количество воды для летнего душа, солнечной энергии будет достаточно для работы простейшего самодельного водонагревателя.

Что касается жидкостных коллекторов, работающих зимой — то даже не все заводские гелиосистемы могут работать при низких температурах. Всесезонные системы, это чаще всего устройства с вакуумными тепловыми трубками, с повышенным КПД, способные работать до температуры –50°С.

Заводские гелиоколлекторы часто укомплектовываются поворотным механизмом, автоматически подстраивающим угол наклона и направленность панели по сторонам света, в зависимости от расположения Солнца.

Эффективный солнечный водонагреватель тот, что полностью соответствует поставленным перед ним задачам. Для подогрева воды на 2-3 человек летом, можно обойтись обычным гелиоколлектором, изготовленным своими руками из подручных средств. Для отопления зимой, несмотря на первоначальные затраты, лучше установить заводскую гелиосистему.

Видеокурс по изготовлению панельного солнечного водонагревателя

Делаем простой солнечный коллектор своими руками, пошаговая инструкция

Солнечные коллекторы – это отличный способ сэкономить энергоресурсы. Бесплатная солнечная энергия сможет как минимум 6-7 месяцев в году обеспечивать теплую воду для хозяйственных нужд. А в остальные месяцы – еще и помогать системе отопления.

Читайте также:  Выбор печи на дровах для дачи – как не «прогореть»

Но самое главное, что простой солнечный коллектор можно изготовить самостоятельно. Для этого вам понадобятся материалы и инструменты, которые можно купить в большинстве строительных магазинов. В некоторых случаях будет достаточно даже того, что найдется в обычном гараже.

Представленная ниже технология сборки солнечного нагревателя использовалась в проекте “Включи солнце – живи комфортно”. Она была разработана специально для проекта немецкой компанией Solar Partner Sued, которая профессионально занимается продажей, монтажом и сервисом солнечных коллекторов и фотоэлектрических систем.

Главная идея – все должно получиться дешево и сердито. Для изготовления коллектора используются довольно простые и распространенные материалы, но его эффективность получается вполне приемлемого уровня. Она ниже, чем у фабричных моделей, но разница в цене полностью компенсирует этот недостаток.

Существуют различные типы солнечных водонагревателей, но все они основаны на простом принципе: темная поверхность «впитывает» солнечную энергию, потом это тепло передается теплоносителю (воде).

Простейшие модели могут быть построены из доступных материалов и не требуют насосов или иного электрооборудования.

Эффективный солнечный коллектор может использоваться даже в зимнее время благодаря применению незамерзающих жидкостей – антифризов.

Совет

Описанная система солнечного коллектора является пассивной и не зависит от электроэнергии. Она обходится без электрических приборов. Горячая жидкость перемещается между коллектором и баком по принципу конвекции, благодаря простому правилу: нагретая жидкость всегда поднимается вверх.

Принцип работы такого солнечного коллектора заключается в следующем:

  • Солнце нагревает жидкость в коллекторе
  • Нагретая жидкость поднимается по коллектору и трубе в бак-аккумулятор
  • Когда горячая жидкость поступает в теплообменник, установленный в бак с водой, тепло передается от теплообменника воде
  • Жидкость в теплообменнике, охлаждаясь, перемещается вниз по спирали и поступает из отверстия в нижней части бака обратно в коллектор
  • Вода, нагретая в баке, аккумулируется в верхней части бака
  • Холодная вода из водопроводной сети / резервуара поступает в нижнюю часть бака
  • Нагретая вода отбирается через выходное отверстие в верхней части бака.

Пока на коллектор светит солнце, жидкость в трубах абсорбера нагревается, перемещается в бак и таким образом постоянно циркулирует. Этот процесс обеспечивает нагрев воды в баке всего за несколько часов при интенсивном солнечном излучении.

Основной элемент коллектора отопления – абсорбер. Он состоит из металлического листа, приваренного к металлическим трубам. Несколько труб устанавливаются вертикально и привариваются к двум трубам большего диаметра, расположенных горизонтально.

Эти толстые трубы для входа и выхода жидкости должны быть расположены параллельно друг другу. А входное отверстие для жидкости (нижняя часть абсорбера) и выходное отверстие (верхняя часть абсорбера) должны располагаться с разных сторон панели (диагонально).

Для лучшей передачи тепла от металлической пластины к трубам очень важно обеспечить максимальный контакт пластины с трубами. Сварка должна быть вдоль всего элемента. Важно, чтобы металлический лист и трубы плотно прилегали друг к другу.

Абсорбер укладывается в деревянную раму и накрывается стеклом, которое защищает коллектор и создает внутри эффект теплицы. Используется обычное оконное стекло. Оптимальная толщина – 4 мм, при этом сохраняется хорошее соотношение надежности и веса. Желательно нужную площадь стекла разделять на несколько частей. Так удобнее и безопаснее работать с ним.

Использование нескольких слоев стекла или стеклопакета даст прирост эффективности, но увеличит вес конструкции и стоимость системы.

Солнечный коллектор: устройство и принципы работы

В общем, принцип нагревания воды с помощью солнца понимают все, однако, как работает солнечный коллектор, на самом деле, знают немногие. На этот счет существует немало распространенных заблуждений.

Чтобы рассеять эти заблуждения и понять, как работает солнечный коллектор, нужно разобрать в деталях все непонятные, для большинства моменты

Хотя нагревать воду за счёт солнечного тепла люди умеют не первое столетие, современный высокоэффективный гелио-коллектор — продукт уже XX века и всё более популярный в веке XXI.

Обратите внимание

Солнечные коллекторы работают по простому принципу — они сконструированы таким образом, чтобы поглощать как можно больше тепла из солнечного излучения, но при этом как можно меньше полученного тепла излучать обратно в окружающую среду.

То есть, чем больше солнечных лучей попадает на коллектор, тем больше тепла он произведёт. Эта особенность гелиоколлекторов стала причиной возникновения нескольких стереотипов, касающихся их работы.

Например, что гелиоколлекторы способны получать тепло только в солнечную погоду, а при облачности от них нет никакой пользы.

На самом деле даже в облачную погоду коллекторы поглощают тепло из рассеянного света, пусть даже количество этого тепла будет меньше, чем в ясный день.

Другое распространённое мнение: гелиоколлекторы эффективны только летом. Пик их производительности, действительно, совпадает с пиком инсоляции, а это для нашей страны, примерно,  с мая по август.

Читайте также:  Дефлекторы на дымоход: разновидности, изготовление, установка

Однако, они получают тепло от солнца на протяжении всего года, просто по мере сокращения светового дня количество этого тепла становится всё меньше, а сохранить его из¬за снижения температуры воздуха в окружающей среде — всё труднее.

При наличии хорошей теплоизоляции и высокого КПД, коллекторы способны поставлять тепло для системы ГВС и отопления даже в холодную погоду — пусть и не столь много, как летом.

В любом случае, используя гелиоколлекторы, стоит предусмотреть резервный источник тепла — он примет на себя нагрузку по нагреву воды и теплоносителя системы отопления в те периоды, когда полученного от солнца тепла станет недостаточно.

Хотя солнечное тепло налогом не облагается, для того, чтобы его использовать, сначала придётся вложиться в покупку и монтаж гелиоколлекторов и другого оборудования гелиосистемы.

Важно

Причём, если для подогрева небольшого количества воды для дачного домика летом или для бассейна можно обойтись неприхотливой моделью с низким КПД, то для полноценного теплоснабжения жилого дома понадобятся коллекторы иного, более высокого уровня эффективности и более высокой цены соответственно.

Существенные стартовые затраты на создание гелиосистемы отпугивают многих потенциальных покупателей. Однако нужно понимать, что при длительной эксплуатации гелиосистемы потраченные средства окупятся.

Ведь, солнечные коллекторы позволяют уменьшить годовой расход топлива на ГВС, а при определённых условиях — и на отопление.

Поэтому, чем дороже вид топлива, который применяется для теплоснабжения дома, тем короче срок окупаемости гелиосистемы.

Распространено мнение, что использование солнечных коллекторов рационально только в очень немногих регионах Украины, в основном, в южных областях и в Крыму.

Однако практика показывает, что в условиях отсутствия дешёвого топлива для котлов гелиоколлекторы рентабельны во многих областях страны — пусть они и не смогут работать так же эффективно, но всё равно позволят существенно сэкономить на топливе для котлов летом и в межсезонье (в зависимости от модели коллектора).

Принято считать, что использование гелиоколлекторов имеет смысл при среднегодовом приходе солнечной энергии свыше 1000 кВт*ч на 1 м2 горизонтальной поверхности, а под эту характеристику подпадает существенная часть территории Украины

В следующих публикациях мы рассмотрим, непосредственно, строение двух самых распространенных видов солнечных коллекторов: плоских и вакуумных

(Продолжение следует)

Изготовления солнечного коллектора

Как сделать отопление дома солнечными батареями – теория и практикаДля создания коллектора потребуются такие материалы:

  • змеевик от старого или неисправного холодильника;
  • рейки для сборки каркаса;
  • фольга, обычное стекло;
  • резиновый коврик;
  • емкость для воды и трубы для ее подачи и слива.

При сборке коллектора необходимо в точности следовать указанной инструкции:

  1. На резиновый коврик укладывают фольгу, каркас из реек и змеевик, именно в данной последовательности. При сборке каркаса в его стенках делают небольшие отверстия, они должны быть достаточными для того, чтобы через них можно было вывести трубки змеевика.
  2. Змеевик закрепляют с помощью хомутов с того же самого холодильника. С обратной стороны их крепят винтами. Также с той же стороны прибивают рейки – это нужно для того, чтобы конструкция приобрела требуемую жесткость.
  3. Щели, образовавшиеся между каркасом и фольгой, заклеивают скотчем. Благодаря этому тепловые потери минимизируются, и отопление солнцем станет более эффективным. Уже готовый коллектор накрывают стеклом и по всему периметру проклеивают скотчем. Для дополнительной герметизации конструкции и большей надежности стекло крепят несколькими шурупами. Затем солнечный коллектор прикрепляют к специальным опорам.

Как самому сделать солнечный коллектор, пример на видео:

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.

Коллектор из поликарбоната

Изготавливают из сотовых панелей, отличающихся хорошими теплоизоляционными свойствами. Толщина листов от 4 до 30 мм. Выбор толщины поликарбоната зависит от необходимой теплоотдачи. Чем толще лист и ячейки в нем, тем больше воды сможет нагреть установка.

Читайте также:  Классический камин: классика в английском стиле, биокамин в интерьере

Чтобы самому сделать гелиосистему, в частности самодельный солнечный водонагреватель из поликарбоната, понадобятся следующие материалы:

  • две штанги с нарезанной резьбой;
  • пропиленовые уголки, на фитингах должно быть наружное резьбовое соединение;
  • пластиковые трубы ПВХ: 2 шт, длина 1,5 м, диаметр 32;
  • 2 заглушки.

Трубы укладывают в корпус параллельно. Подключают к ГВС через отсекающие краны. Вдоль трубы делают тонкий надрез, в который можно вставить лист поликарбоната. Благодаря принципу термосифона вода будет самостоятельно поступать в желобки (ячейки) листа, нагреваться и уходить в накопитель, расположенный вверху всей системы нагрева. Для герметизации и фиксации листов, вставленных в трубу, используют силикон, стойкий к термическому воздействию.

Чтобы увеличить теплоэффективность коллектора из сотового поликарбоната, лист покрывают любой селективной краской. Нагрев воды после нанесения селективного покрытия ускоряется приблизительно в два раза.

Какие бывают

Классические коллекторы водоснабжения различаются по количеству контуров, комплектации и материалу. Традиционно производители используют металл.

Латунь хорошо показала себя в испытаниях на теплостойкость. Штампованные заготовки выдерживают температуру до 150 градусов, этого более чем достаточно для бытового пользования.

Какие бывают

Нержавеющая сталь обладает повышенной износостойкостью, не боится коррозии, химических сред и других вредных воздействий. Срок службы неограничен, поэтому цена готовых изделий незначительно превышает аналоги.

Какие бывают

Конструкционная сталь дешевая и довольно крепкая. Низкая стоимость объясняется способом обработки. Профили, листы получают на автоматической линии. Среди недостатков отметим предрасположенность к ржавчине.

Окисление быстро разрушит структуру металла, и если вовремя не принять меры, её можно смело выбрасывать. Чтобы этого не произошло, поверхность окрашивают. Чаще всего выбирают порошковую краску. Она распределяется равномерно, устраняет незначительные дефекты, усиливает сопротивляемость внешним факторам.

Какие бывают

Полипропилен имеет малый вес, экологичен и прочен. Гребёнки из него заказывают как профессионалы, так и мастера-самоучки. Монтаж не вызывает сложностей, заменить или добавить новый элемент достаточно просто.

На таком коллекторе никогда не появятся ржавые разводы. Внутри поддерживается комфортная среда, никаких засоров и отложений. К минусам относят не всегда хорошее качество соединений. Дело в том, что сборку на базе полипропиленового коллектора делают при помощи пайки. Швы могут сильно оплавиться и разойтись.

Какие бывают

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.

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

Воздушный солнечный коллектор своими руками – особенности изготовления

Кому не хотелось бы уменьшить затраты на отопление, тем более в условиях постоянного роста стоимости энергоносителей?

Самый простой способ добиться этого состоит в усвоении солнечного тепла, которое можно потреблять без каких-либо преобразований.

Воздушный солнечный коллектор своими руками – особенности изготовления

Конечно, зимой оно поступает в наши широты в весьма скудных количествах, но и этим пренебрегать не стоит. Тем более что для его сбора потребуется крайне простое и дешевое устройство, которое легко можно изготовить самостоятельно.

В данной статье мы как раз и поговорим о том, как сделать воздушный солнечный коллектор своими руками для отопления дома – устройство, схемы, конструкции.