Солнечный коллектор своими руками: как собрать и изготовить

Cолнечный водонагреватель (коллектор) – это набор оборудования, предназначенного для трансформации солнечного света в тепловую энергию и последующей передачи её потребителю. В его состав входят нагреватель и ёмкость для воды. Кроме этих двух узлов, в комплект водонагревателя входит трубопроводная арматура (трубы, краны и пр.), в зависимости от назначения и условий эксплуатации может входить циркулярный насос.

Иногда такие коллекторы называют гелионагревателями.

Гелиоколлекторы эксплуатируют в трёх температурных диапазонах. Первые работают с температурой до +30 градусов Цельсия, это самые простые конструкции, их производство требует минимальных затрат.

Вторая группа водонагревателей обеспечивает нагрев воды от + 30 до +60 градусов Цельсия. Они несколько сложнее в производстве. Для их изготовления применяют стекло и поглотитель тепла.

Третья группа, вырабатывает такое количество тепловой энергии, которое позволяет разогревать воду +60 и более градусов. Эту группу гелиоколлекторов называют высокотемпературными.

Высокотемпературный солнечный коллектор XCPC с рабочей температурой до 200 ºС

Высокотемпературный солнечный коллектор XCPC с рабочей температурой до 200 ºС

Отечественные и иностранные производители освоили выпуск множества моделей этой продукции. Но сразу надо отметить, что это не самая дешёвая продукция, особенно импортная. Вследствие этого разработаны конструкции и технологии, позволяющие собрать солнечный водонагреватель своими руками.

Солнечный коллектор своими руками – это возможно?

Самый простой вариант самодельного солнечного коллектора — это ящик, выполненный из древесины, обработанной антисептиком, при этом его лицевая стенка изготовлена из стекла или поликарбоната, а задняя может быть выполнена из листа оцинкованной стали и теплоизоляции. Типовая схема подключения солнечного коллектора показана на рисунке ниже.

Схема подключения солнечного коллектора

Схема подключения солнечного коллектора

Самодельный солнечный коллектор покрывают чёрной краской или специальным составом, который минимизирует отражение световых лучей.

Такие меры позволят обеспечить поглощение до 99% энергии, от попадающего на него света.

Это устройство может быть использовано для организации горячего водоснабжения и отопления в доме, расположенным за городом. КПД самодельного гелиоколлектора редко превышает 80%, но и этого достаточно для организации горячего водоснабжения.

Изготовить солнечный водонагреватель своими руками в домашних условиях не составляет особого труда. Для этого необходимо иметь определённые навыки работы с инструментом и необходимые составляющие системы.

Расчет параметров солнечного коллектора

Принимая решение о самостоятельном изготовлении и применении солнечного водонагревателя необходимо рассчитать его площадь, и общее количество, необходимое для обеспечения дома горячей водой.

Устройство солнечного коллектора

Устройство солнечного коллектора

Расчёт можно выполнить, основываясь на модели гелиоколлектора, имеющего площадь в один квадратный метр.

Опыт показывает, что в безоблачный день, он принимает на себя порядка 900 Вт тепловой энергии, которую несут в себе лучи света.

Для начала надо рассчитать тепловые потери, на коллекторе с такой площадью. Примем, что он выполнен в виде короба, лицевая сторона закрыта чёрным листом стекла или другого аналогичного материала, с тыльной стороны уложен лист пенопласта толщиной в 10 см.

Необходимо рассчитать тепловые потери, которые появятся в процессе эксплуатации гелионагревателя на лицевой и тыльной стороне. Зная толщину утеплителя — 10 см, коэффициент теплопроводности — 0,05 Вт/м*град и, предположив, что разность температур составит порядка 50 градусов, применяем формулу 0,05/0,1*50=25 Вт.

Примерная схема установки олнечного коллектора

Примерная схема установки солнечного коллектора

Примерно такие же потери тепла можно ожидать со стороны торцов и труб, уложенных в короб. То есть, можно принять, что потери составят 50 Вт.

Небо без облаков бывает редко, кроме того, необходимо помнить, что на поверхности стекла оседает пыль. С учетом названных факторов можно снизить поступающую энергию до 800 Вт на 1 квадратный метр. Вода, которая будет использована для работы, имеет теплоёмкость 1,15 Вт/кг*градус. То есть для того, чтобы повысить температуру одного литра воды на один градус необходимо израсходовать 1,16 Вт тепловой энергии. Применяя это к избранному коллектору с площадью 1 кв. м, можно посчитать 800/1,16=689,6, полученный результат округляем до 700 кг*град. Таким образом, рассчитывается то количество воды, которое можно прогреть в заданном гелиоколлекторе в течение часа.

Но при этом надо помнить, что по мере прогрева воды будут возрастать и потери тепла.

То есть, коллектор такой площади способен разогреть 10 литров до 70 градусов. Если для жильцов дома необходимо большее количество горячей воды, то придётся устанавливать несколько гелионагревателей площадью в один метр каждый и связанных между собой.

Короб в разрезе

Короб в разрезе

Для одного человека необходимо порядка 50 л горячей воды. С учётом того, температура воды до нагревания может составлять 10 градусов, разница температур составит 60 градусов. По формуле W=Q × V × Tp, можно рассчитать потребное количество тепла. Разделив полученный результат на количество солнечной энергии, эти данные можно уточнить на местной метеорологической станции. Таким образом, будет выяснена необходимая площадь поверхности нагревателя.

Расчет солнечного коллектора для отопления проводится по такому же алгоритму. Только надо помнить, что расход воды будет больше.

Расчет такой системы нагрева воды имеет смысл проводить из потребных расходов тепла в летнее время. Оно будет применяться для ГВС и передачи тепловой нагрузки потребителям, например, в теплицу.

Солнечный коллектор своими руками — как собрать и изготовить

О том, как сделать солнечный коллектор своими руками, написано много литературы и статей и многие мастера с успехом используют эту информацию. Умельцы изготавливают коллекторы разных типов.

Солнечный гелиоколлектор из шланга

Наверное, самая простая конструкция нагревателя – это та, в которой для отбора тепла применяют обыкновенный резиновый шланг. Такая система нагрева воды может быть собрана очень быстро. Практика показывает, что из шланга длиной в 100 метров, и Dу 20 мм, можно получить до 20 литров горячей воды. Если возникает потребность в нагреве большего количества воды, то придется подключать циркуляционный насос или увеличивать длину шланга.

Солнечный гелиоколлектор из шланга

Солнечный гелиоколлектор из шланга

Для сборки такого гелиоколлектора потребуется шланг, изготовленный из полиэтилена или резины. Внутренний диаметр должен лежать в пределах 20-25 мм. Кстати, армированные ПВХ шланги не годятся, они имеют очень толстые стены.

Приобретенный шланг необходимо уложить в спираль. Для этого может подойти ровное место на грунте или крыше. Но лучше будет сделать для него короб. Его можно сделать из толстого листа фанеры и бруска, днище и борта короба желательно обработать антисептиком и окрасить в черный цвет, таким образом, вода в шланге будет получать дополнительный нагрев. Чтобы избежать деформации уложенного в короб рукава имеет смысл зафиксировать друг с другом кольца спирали, а сам шланг прикрепить к днищу короба.

Принцип работы солнечного коллектора

 

Нагреватель из оконной рамы

Можно сделать солнечный коллектор своими руками из оконной рамы. После того как из них удалили стекло, необходимо обустроить днище короба, который будет сделан из старой оконной рамы. Для этого будет необходим теплоизоляционный материал и лист из оцинкованной стали, выкрашенный в черный цвет. Если посмотреть на собранную конструкцию, то она будет выглядеть следующим образом – рама, лист стали, слой теплоизоляции.

Солнечный гелиоколлектор из оконной рамы

Солнечный гелиоколлектор из оконной рамы

В качестве нагревательного элемента можно применять трубу, изготовленную из полиэтилена, меди или пластика. Диаметр сечения должен быть порядка ½ дюйма. Ее необходимо уложить на поверхности листа в форме змейки или спирали. Собранная конструкция закрывается сверху второй половиной рамы и для надежности можно ее притянуть винтами или струбцинами. Место для установки накопительного бака, должно быть, расположено на 300 – 500 мм выше самого коллектора. В таком случае нет необходимости в организации принудительной циркуляции воды, так холодная вода будет самотеком спускаться вниз, а нагретая соответственно подниматься в емкость. Кстати, не будет лишним выполнить утепление этого бака.

Нагреватель из старого холодильника

Некоторые мастера используют для сооружения гелиоколлекторов старые холодильники или радиаторы автомобилей. Так, из старого холодильника извлекается конденсатор, который необходимо тщательно промыть, но в целях безопасности жильцов дома, воду, нагретую с помощью этого устройства можно применять только в технических целях. Для сооружения нагревателя из остатков холодильника необходимо приготовить следующие материалы:

  • коврик из резины – он будет использован как подложка;
  • металлическая фольга;
  • скотч;
  • деревянные бруски, они будут использованы при изготовлении корпуса;
  • стекло.
Решетка радиатора от холодильника в каркасе под стеклом

Решетка радиатора от холодильника в каркасе под стеклом

После проведения замера решетки-конденсатора, необходимо изготовить короб, на дно которого необходимо уложить, заранее заготовленную фольгу. Все щели в корпусе необходимо будет оклеить скотчем. Для обеспечения естественного движения воды необходимо верхнюю трубку теплообменника вверх, а емкость для воды закрепить выше собранной конструкции. Если по каким-то причинам трубку, деформировать, не получиться, то придется устанавливать насос для принудительной циркуляции воды. Теоретически, для этого можно применить насос от аквариума. Для того чтобы конденсатор был надежно закреплен, можно задействовать крепеж от холодильника. После сборки всего коллектора его надо закрыть стеклом, для этого может подойти оконное. После чего проверить наличие швов и при необходимости герметизировать их скотчем. Такая система, при уличной температуре за два часа может нагреть 20 литров воды до 44 градусов Цельсия.

Как видите, солнечный коллектор для отопления можно сделать самому и без специальных технологических приспособлений.

Пивные банки и нагрев воздуха на солнце

Воздушный солнечный коллектор своими руками можно собрать из жестяных пивных банок. Но он предназначается не для подогрева воды или другого теплоносителя, а воздуха, который будет подаваться непосредственно в помещение. После того как получены данные о площади коллектора можно начать работу по его изготовлению. Кстати, надо отметить, что солнечный коллектор из пивных банок может быть использован для устранения конденсата в подвальных и цокольных помещениях, или обогрева оранжереи.

Солнечный гелиоколлектор из жестяных пивных банок

Солнечный гелиоколлектор из жестяных пивных банок

Для этого понадобится сверлильный станок, сверло-коронка с размером, равным диаметру вогнутой части низа банки. Герметик, способный склеивать алюминий, металлический уголок.

Пивные банки изготовлены таким образом, что днище одной идеально стыкуется с верхней частью другой. Вырезав днище и сделав надрезы в крышке, стыкующиеся поверхности обрабатывают специальным герметиком, для соблюдения центровки эту операцию надо проводить, уложив банки в уголок. Таким образом, после склеивания всех банок будет получена труба. Время высыхания составляет одни сутки. После сборки необходимого количества труб, их надо уложить в заранее подготовленный деревянный кожух, сверху эту конструкцию закрывают стеклом или поликарбонатом. Солнечный воздушный коллектор своими руками собран и готов к эксплуатации.

Такой солнечный коллектор можно изготовить не только жестяных банок, но и пластиковых бутылок.

Вакуумный солнечный коллектор

Вакуумный солнечный коллектор своими руками сделать тоже можно, но его себестоимость получится выше.

Вакуумный солнечный коллектор

Вакуумный солнечный коллектор

Вакуумные коллекторы нашли свое применение в работе отопительных систем и ГВС. По виду – это панельная конструкция, состоящая из корпуса и закрытая стеклом или поликарбонатом. Его отличает, то, что отбор энергии солнца производится с помощью специально изготовленных стеклянных трубок. Через такую стеклянную конструкцию, пропускают медную трубку, по которой будет перемещаться вода или другой теплоноситель.

Солнечный вакуумный можно изготовить своими руками используя следующие материалы

  • деревянный брус сечением большим, чем диаметр приобретенных вакуумных трубок;
  • лист оцинкованного железа и покрытого черной краской;
  • тепловой изолятор, например, пенопласт.

Отопление дома с помощью солнечного коллектора

Из этих материалов будет собран короб, в котором будут уложены трубки, соединенные между собой с помощью специальных соединителей. Солнечный вакуумный коллектор своими руками, собранный будет иметь большую производительность, чем другие аналогичные конструкции.

Солнечный коллектор самодельный, входящий в отопительные контуры в теплое время года простаивает. Если только к нему не подключены летние потребители, например, теплица. В связи с этим проектирование системы отопления и последующий монтаж усложняется и требует использования дополнительного количества трубопроводной арматуры.

Не забывайте, солнечный коллектор для отопления не может выступать в качестве замены традиционных источников тепла. Использование энергии солнца лишь дополняет основную тепловую систему и повышает ее эффективность.

Если Вам понравился наш сайт или пригодилась информация на этой странице поделитесь ею с друзьями и знакомыми - нажмите одну из кнопок соц сетей внизу страницы или вверху, ведь среди кучи ненужного мусора интернете достаточно сложно найти действительно интересные материалы.
  • Гость: Для мониторинга работы коллекторов в реальном времени: http://log2.com.ua/live/64fnr1/ В данный момент слит теплоноситель, по причине модернизации системы. В скором времени можно будет мониторить в реальном времени мою систему. https://youtu.be/GXTdb_U0cdw