Если вам удавалось побывать в южных странах, то, наверняка, вы часто замечали стоящие на крышах домов конструкции. Гиды объясняли, что это солнечные батареи для нагрева воды и отопления жилища. Как и за рубежом, так и у нас прогрессивное население ратует за альтернативные источники энергии . Водонагреватель, работающий от солнечной энергии – одно из таких удачных изобретений, которое способен полноценно функционировать даже зимой.

Солнце – это очень мощный и, что главное, бесконечный источник энергии тепла. За его использование денег никто не берет, а потому стоит задуматься, как пустить такое преимущество себе во благо. Заводские налоги водонагревателей солнечного бойлера могут обойтись в немалую сумму. Если разобраться в принципе работы такого устройства, то можно сделать нечто подобное своими руками. Хотя на деле существует несколько примеров подобного прибора.

Заводской вариант

Прежде, чем понять, как сделать солнечный водонагреватель своими руками, надо иметь представление о принципе функционирования подобного агрегата. Можно разобрать конструкцию по аналогу солнечного заводского водонагревателя.

1. По внешнему виду агрегат напоминает батарею, которая собрана из отдельных составляющих. Элементы в ней представлены трубками, сделанными из стекла кварца наподобие всем известных ламп. Именно этот материал способен пропустить ультрафиолетовые волны (чего не может обычное стекло). Эта способность позволяет преобразовывать солнечную энергию даже в несолнечное время года.
2. Внутри каждой из таких трубок спрятана другая – черного цвета с веществом (рабочим телом ), которое будет испаряться при определенных температурных условиях.
3. Внутри трубок абсолютный вакуум – это позволяет избежать теплопотерь.
4. Концы каждого из таких деталей погружены в специальный коллектор , через который течет нагреваемая вода.

Как действует устройство

Функционирование всей этой задумки происходит по следующему алгоритму:

1. Солнечные лучи превращают рабочее тело в паровую субстанцию , которая поднимается в верхнюю часть колбы.
2. Поток воды будет нагреваться через стенку той тепловой энергией, которую отдаст ему рабочее тело.
3. Исполнив свою миссию, пар снова становится жидкостью и стекает вниз, где все благополучно повторяется.
4. Солнечный накопительный стандартный водонагреватель присоединен к змеевику, а тот ведет к бойлеру всей домашней отопительной системы.

Другие варианты передачи тепла

Понятно, что в вышеописанном случае никакой самодеятельности не проявишь. Однако есть и другой вариант безнапорного бойлера, работающего от солнца. Здесь передача тепла идет напрямую : медный змеевик помещается в прямоугольный корпус. Далее он подключается к баку-накопителю. Вода будет здесь циркулировать естественным способом и сразу нагреваться от лучей солнца, повышая теплоту и общего содержимого всей накопительной емкости. Труба змеевика прессуется в металлическую пластину, которая темного цвета. Она имеет дополнительную защиту от осадков при помощи прочного стекла.

Есть здесь и недостатки – такая конструкция будет хорошо работать только в безоблачную солнечную погоду.

Наконец, можно просто подключить солнечные батареи к обычному водонагревателю. Подобная конструкция оказывается очень дорогой в исполнении, но может работать круглый год.

Самодельные солнечные водонагреватели

Стремление к экологичному подходу в отоплении дома похвально – тем более что сделать подобную систему можно и своими руками. Рассмотрим интересные варианты практического воплощения подобных конструкций, и насколько эффективны самодельные солнечные водонагреватели.

Простой солнечный водонагреватель

Простым решением будет установка на крыше дома одного (максимум двух) черных баков. К ним подсоединяется водопроводная домовая магистраль – значит, при хорошем солнце теплая вода будет потечет сразу в душевую комнату (летом в жару нагрев произойдет быстро).

Еще один простой солнечный бойлер делают из мелкого, наполненного водой корыта, которое закрывается прозрачной крышкой. Сюда же в схему входят следующие водопроводные составляющие:

• труба, по которой подходит прохладная вода;
• труба для перелива;
• деталь вентиля;
• выпуск нагретой воды.

В обоих случаях есть существенные недочеты:

1. Неэффективность простого бака при облаках.
2. Корыто-нагреватель следует наполнять каждое утро, накрывая его. Когда солнце скрыто за облаками, следует оценить степень нагретой воды и слить её для дальнейшего использования.
3. Плоское устройство наподобие корыта плохо тем, что его нужно держать горизонтально . Мы живем не в тропиках, а, значит, зимой солнце поднимается над горизонтом высоко, КПД этого устройства снизится.

Гораздо эффективнее предусмотреть дополнительную установку коллектора, пусть опять же самодельного. Определив размеры теплоприемника, следует изготовить корпус, куда помещается змеевик. Актуален вопрос теплоизоляции – именно поэтому корпус для змеевика лучше сделать деревянным. Второй момент - утепление задней стенки (лучше всего пенопластом).

Как собрать приемник тепла

Простейший солнечный водонагреватель можно сделать своими руками по схеме из таких составляющих:

• аккумулирующий бак;
• подпиточная емкость;
• коллектор.

Специалисты советуют не устанавливать отдельный насос – вода должна циркулировать естественным путем . Но чтобы этого добиться, бак следует устанавливать выше теплоприемника, а подпиточную емкость – выше аккумулирующей. Еще одна дельная рекомендация - утепление резервуара с подогретой водой. Здесь подойдет любой материал в рулонах.

Для функционирования в самостоятельном режиме (когда не приходится доливать и регулировать), лучше всего установить поплавковый клапан во втором баке. Этот элемент будет реагировать на снижающийся уровень воды. К его патрубку надо подвести водопроводную трубу. Что это даст? Когда в основном баке расходуется содержимое, в его нижнюю зону будет подаваться холодная вода.

Однако нельзя забывать про установку еще одного патрубка – вертикального: он будет выпускать воздух. Следовательно, и эту деталь следует поднять на большую высоту.

Как выбрать правильный материал

Есть разные варианты исходников, из которых можно сделать теплообменник. Среди них:

• трубки из меди;
• черные полимерные трубы;
• секции плоских стальных радиаторов;
• трубы из алюминия;
• черный шланг из резины;
• теплообменник, оставшийся от старого холодильника.

Какой должна у такого змеевика сама теплообменная поверхность? В случае со стальными радиаторами следует исходить из их размера, однако чтобы не утяжелять корпус, не устанавливается больше двух панелей. При других материалах все придется рассчитывать на месте.

Корпус можно сделать из фанеры и деревянных досок . На лицевой стороне стоит применить прочный и прозрачный поликарбонат, что будет выглядеть не хуже стеклянного. Сам же накопительный бак изготавливается из листового материала . А еще лучше будет приобрести готовую емкость. В качестве соединительных труб рекомендуется использовать полимерные (хорошо подойдут из металлопластика).

Особенности самодельных солнечных водонагревателей

Преимущества сделанного своими руками бойлера очевидны:

• работа при полной нагрузке максимально возможный период;
• окупаемость первоначальных вложений на материалы;
• экономия топлива;
• изделие сразу готово к эксплуатации.

Однако все эти аспекты превратятся в положительные при соблюдении важных условий.

1. Точная установка параметров устройства. Расчетная нагрузка должна приближаться к стандартному ежедневному потреблению.
2. Чтобы обеспечить постоянную нагрузку на горячее водоснабжение, можно установить вспомогательный нагреватель . Его рекомендуется включать, если солнечный не обеспечивает нужную нагрузку. Этот элемент нужен для устранения разницы в температуре воды.
3. Важно правильное распределение нагрузки, одни из параметров которой – регулирование скорости потока воды.
4. Если воду планируется расходовать не сразу, то для бака нужна дополнительная теплоизоляция . Последний момент касается и облачных дней (толщину теплоизоляции стоит предусмотреть побольше).
5. Покрытие теплоприемника должно повышать его поглощающую способность (самое простое можно сделать черной краской, в идеале лучше нанести селективное).
6. Бак должен вмещать запас горячей воды на два дня.
7. Идущие от коллектора трубы в бак должны быть минимальны по длине и хорошо изолированы для поддержки температурного напора.
8. Подводящая холодную воду к коллектору труба должна быть расположена внизу бака. Нагретая вода, наоборот, поступает наверх. Выше отверстия для уходящей в систему горячей воды должно оставаться место для её запаса.
9. Теперь об установке бака: если сделать это в здании, то существенно снизятся теплопотери. Даже если они и будут, то уйдут в домашнюю среду, а не в воздух. Здесь подойдет, к примеру, чердак. При установке системы на крышу актуально ориентировать коллектор на юг и наклонить под углом местной широты (это повысит эффективность работы на круглый год). Лучшим углом будет 60 градусов зимой и 30 градусов летом, на практике лучше сразу придать 45 градусов.
10. Конструкция дома должна быть готовой выдержать нагрузку от полного бака.
11. И еще один важный момент: как предотвратить замерзание системы при холодном климате? Можно использовать изолирующее съемное покрытие , установить устройство для слива воды или применять антифризный раствор в воде. Последний вариант получил популярность – только в этом случае его заливают в спиральный змеевик, через стенки которого и будет происходить теплообмен.

Использование солнечного водонагревателя позволит существенно сократить расходы на топливо, и уменьшить выброс углекислого газа в атмосферу. Можно собрать подобную систему и своими руками – при этом важно обладать минимальными знаниями в области водопроводных установок и придерживаться всех вышеупомянутых рекомендаций.

Владельцы частных домов часто стремятся сделать свое жилье не только более практичным и эффективным, но и менее затратным в обслуживании. Относительно недавно широко стали использоваться солнечные коллекторы, которые позволяют организовать горячее водоснабжение и даже отопление коттеджа с минимальными затратами. Приобретать готовые установки выходит достаточно дорого, а в то же время сделать своими руками солнечный коллектор не так сложно. В этой статье мы предлагаем несколько способов решения этой задачи.

По своей сути, это климатическое оборудование, которое используется для производства горячей воды с ее последующим использованием в водопроводе и отопительной системе. Принцип функционирования такой системы заключается в изменении плотности воды во время ее нагревания, за счет чего происходит выталкивание горячей жидкости наверх.

Главное отличие таких систем заключается в том, что используются для нагрева природные ресурсы, в частности, солнечная энергия, которая абсолютно бесплатна. А правильно сконструированный солнечный коллектор позволяет извлекать эту энергию даже в морозный день или при пасмурной погоде. Поэтому применение такого устройства возможно не только летом, но даже осенью и зимой.

Устройство солнечного коллектора

Конструкция полной системы солнечного коллектора обязательно включает несколько основных элементов — это:

Насколько выгодно иметь солнечный коллектор?

Применение солнечного коллектора, конечно, даст определенные преимущества — это:

Какие бывают солнечные коллекторы?

Классификация видов солнечных коллекторов осуществляется по нескольким принципам. Первый из них — это производительность. Определяющим критерием служит температура, которая может достигаться пластинами, извлекающими энергии.

По этому принципу различают солнечные коллекторы:

В зависимости от формы и функциональных возможностей, различают следующие варианты конструкционных решений:

По типу теплоносителя различают такие приборы:

Как сделать солнечный коллектор своими руками?

Сделать солнечный коллектор для отопления или для горячего водоснабжения не так сложно, как вы могли себе предположить. Ниже изложено несколько вариантов — и наиболее простых конструкций, и более сложных, но эффективных. Какую из них выбрать, определите самостоятельно, исходя из личных требований, наличия того или иного материала и профессиональных строительных навыков.

Важно! Примеры приведены в порядке по степени сложности сборки и затрат на расходные материалы.

Способ 1. Коллектор из шланга

Вы, наверное, не раз, при обработке собственного участка в летнее время замечали, что если поливать клумбу из шланга, который долго пролежал на солнце, из него будет течь довольно теплая вода. На основе этого наблюдения и была разработана следующая конструкция.

Важно! Такой прибор легко и быстро монтируется. Прекрасный вариант для дачи, где нет необходимости большого потребления горячей воды. Из одного шланга длиной в 100 м и сечением в 20 мм можно получить около 20-30 литров готовой горячей воды. Если же возникнет потребность в большем объеме, придется использовать не только накопительный бак, но и циркуляционный насос для создания принудительной циркуляции воды либо же сделать несколько коллекторов из шланга.

Инструкция сборки:

Если уклон кровли достаточно резкий, сделайте дополнительные действия:

Способ 2. Коллектор из оконной рамы

Сегодня деревянные окна используются несколько меньше, но, тем не менее, многие сохранили старые рамы при замене их на пластиковые или новые из древесины. Эта часть окна в самый раз пригодится для конструирования солнечного коллектора, так как рама — это готовый короб для природной батареи.

Инструкция сборки:

Способ 3. Коллектор из пластиковых бутылок

Еще один достаточно простой вариант конструкции, себестоимость которого невысокая. Главное его преимущество заключается в том, что даже во время восхода и заката солнца происходит извлечение энергии, причем лучи проникают практически под углом в 90 градусов внутрь бутылок.

Набор материалов для такого солнечного коллектора отличается доступностью:

Инструкция сборки:

Способ 4. Коллектор из старого холодильника

Старый холодильник, вышедший из строя, также может пригодиться. Из него используется для солнечного коллектора конденсатор, который и сократит время на сборку теплообменника. Единственный нюанс в том, что, так как в нем до сих пор циркулировал фреон и масло, желательно использовать такую воду исключительно для технических нужд, но не как питьевую.

Важно! Кроме конденсатора из холодильника в этой системе также можно использовать радиатор автомобиля. В этом случае эффективность работы устройства будет выше.

Уровень развития современных технологий и материалов настолько высок, что не использовать энергию солнца - это неразумно с финансовой стороны и преступно по отношению к окружающей среде. К сожалению, приобретение промышленных установок для получения электроэнергии и тепла иррационально ввиду их высокой стоимости. Тем не менее выход есть: сделать производительный гелиоколлектор собственноручно из материалов, которые можно найти в ближайшем строительном магазине.

Назначение гелиоколлектора, его достоинства и недостатки

Солнечный водонагреватель (жидкостной гелиоколлектор) - это устройство, которое с помощью энергии Солнца нагревает теплоноситель. Он применяется для отопления помещений, организации горячего водоснабжения, подогрева воды в бассейнах и т. д.

Солнечный коллектор обеспечит дом горячей водой и теплом

Предпосылками для использования экологичного водонагревателя является тот факт, что солнечное излучение падает на Землю круглый год, хоть и отличается интенсивностью зимой и летом. Так, для средних широт суточное количество энергии в холодное время года достигает 1–3 кВт*ч на 1 кв.м, тогда как в период с марта по октябрь эта величина варьируется от 4 до 8 кВт*ч/м 2 . Если же говорить о южных регионах, то цифры можно смело увеличивать на 20–40%.

Как видно, эффективность работы установки зависит от региона, но даже на севере нашей страны гелиоколлектор обеспечит потребность в горячей воде - главное, чтобы на небе было поменьше туч. Если же говорить о средней полосе и южных областях, то работающая от Солнца установка сможет заменить бойлер и перекрыть потребности теплоносителя отопительной системы в зимнее время. Разумеется, речь идёт о производительных водонагревателях в несколько десятков квадратных метров.

Экономить средства из семейного бюджета поможет солнечная батарея. Изготовить её самостоятельно поможет следующий материал:

Таблица: распределение солнечной энергии по регионам

Гелиоколлекторы, построенные в домашних условиях, не идут ни в какое сравнение с устройствами заводского изготовления, но и самодельная солнечная установка сократит расходы на подогрев воды в бытовых целях и сэкономит электричество при подключении к стиральной и посудомоечной машине.

Достоинства солнечных водонагревателей:

• относительно простая конструкция;
• высокая надёжность;
• эффективная эксплуатация независимо от времени года;
• длительный срок службы;
• возможность экономии газа и электроэнергии;
• не требуется разрешение на установку оборудования;
• небольшая масса;
• простота монтажа;
• полная автономность.

Что касается отрицательных моментов, то без них не обходится ни одна установка для получения альтернативной энергии. В нашем случае к минусам относятся:

• высокая стоимость заводского оборудования;
• зависимость КПД гелиоколлектора от времени года и географической широты;
• подверженность градобитию;
• дополнительные затраты на установку теплоаккумулирующей ёмкости;
• зависимость энергетической эффективности прибора от облачности.

Рассматривая плюсы и минусы солнечных водонагревателей, не стоит забывать и об экологической стороне вопроса - подобные установки безопасны для человека и не наносят вреда нашей планете.

Заводской гелиоколлектор напоминает конструктор, с помощью которого можно быстро собрать установку требуемой производительности

Виды солнечных водонагревателей: выбор конструкции для самостоятельного изготовления

В зависимости от температуры, которую развивают гелионагреватели, различают:

• низкотемпературные устройства - рассчитанные на подогрев жидкости до 50 °C;
• среднетемпературные гелиоколлекторы - повышают температуру воды на выходе до 80 °C;
• высокотемпературные установки - нагревают теплоноситель до температуры кипения.

В домашних условиях можно построить солнечный водонагреватель первого или второго типа. Для изготовления коллектора высоких температур понадобится промышленное оборудование, новые технологии и дорогостоящие материалы.

По конструкции все жидкостные гелиоколлекторы разделяются на три вида:

• плоские водонагреватели;
• вакуумные термосифонные устройства;
• гелиоконцентраторы.

Плоский солнечный коллектор представляет собой невысокий теплоизолированный короб. Внутри установлена светопоглощающая пластина и трубчатый контур. Поглощающая панель (абсорбер) имеет повышенную теплопроводность. За счёт этого удаётся достичь максимальной передачи энергии теплоносителю, циркулирующему по контуру водонагревателя. Простота и эффективность плоских установок нашла отражение в многочисленных конструкциях, разработанных народными умельцами.

Внутри плоского гелиоколлектора - светопоглощающая пластина и трубчатый контур

Принцип действия вакуумных солнечных водонагревателей основан на эффекте термоса. В основе конструкции лежат десятки двойных стеклянных колб. Внешняя трубка изготавливается из ударопрочного, закалённого стекла, которое противостоит граду и ветру. Внутренняя трубка имеет специальное напыление для увеличения светопоглощающей способности. Из пространства между элементами колбы откачан воздух, что позволяет избежать тепловых потерь. В центре конструкции проходит медный тепловой контур, заполненный легкокипящим теплоносителем (фреоном) – он и является нагревателем вакуумного гелиоколлектора. В процессе технологическая жидкость испаряется и передаёт тепловую энергию рабочей жидкости главного контура. В этом качестве чаще используется антифриз. Такая конструкция обеспечивает работоспособность системы при температурах до -50 °C. В домашних условиях построить подобную установку сложно, поэтому самодельных конструкций вакуумного типа насчитываются единицы.

В основе конструкции вакуумного гелиоколлектора - множество двойных стеклянных колб

Гелиоконцентратор в основе имеет сферическое зеркало, способное фокусировать солнечное излучение в точку. Нагрев жидкости происходит в спиральном металлическом контуре, который размещают в фокусе установки. Достоинством гелиоконцентраторов является способность развивать высокую температуру, но необходимость в системе слежения за Солнцем снижает их популярность у самодельщиков.

Построить производительный гелиоконцентратор в домашних условиях - задача непростая

Для изготовления в домашних условиях лучше всего подходят плоские солнечные нагреватели, построенные с использованием теплоизоляционных материалов, стекла с высокой пропускающей способностью и медных абсорберов.

Устройство и принцип действия плоского гелиоколлектора

Самодельный солнечный водонагреватель состоит из плоской деревянной рамы (короба) с глухой задней стенкой. На дне размещается главный элемент устройства - абсорбер. Чаще всего он изготавливается из металлического листа, присоединённого к трубчатому коллектору. От контакта пластины абсорбера с трубами теплообменника зависит эффективность передачи энергии, поэтому эти детали приваривают или припаивают непрерывным швом.

Сам жидкостной контур представляет собой массив из вертикально установленных трубок. В верхней и нижней части они присоединяются к горизонтальным трубам увеличенного диаметра, которые предназначаются для подачи и отбора теплоносителя. Входное и выходное отверстие для жидкости располагают диагонально - за счёт этого обеспечивается полный отъём тепла от элементов теплообменника. В качестве теплоносителя используется антифриз для систем отопления или другие незамерзающие растворы.

Абсорбер покрывается светопоглощающей краской, сверху кладут стекло, а короб защищают слоем теплоизоляции. Для упрощения задачи площадь остекления делят на части, а чтобы увеличить производительность, применяют стеклопакеты. Закрытая конструкция создаёт в гелиоколлекторе эффект термоса и одновременно предотвращает потери тепла из-за ветра, дождя и других внешних факторов.

Солнечный водонагреватель работает так:

1. Нагретая в гелиоколлекторе незамерзающая жидкость поднимается по трубкам и через ветку отбора теплоносителя попадает в теплоаккумулирующую ёмкость.
2. Перемещаясь по теплообменнику, установленному внутри бака-аккумулятора, антифриз отдаёт тепло воде.
3. Охлаждённая рабочая жидкость поступает в нижнюю часть контура солнечного водонагревателя.
4. Нагретая в баке вода поднимается и отбирается для нужд горячего водоснабжения. Пополнение жидкости в теплоаккумулирующей ёмкости происходит за счёт водопровода, подключённого к нижней части. Если же гелиоколлектор работает как нагреватель системы отопления, то для кругообращения воды в замкнутом вторичном контуре применяют циркуляционный насос.

Постоянное движение теплоносителя и наличие теплового аккумулятора позволяет накопить энергию за то время, пока светит солнце, и постепенно расходовать её даже тогда, когда светило скрывается за горизонтом.

Схема подключения солнечного коллектора к накопительной ёмкости не так сложна

Варианты самодельных солнечных установок

Особенностью солнечных водонагревателей, построенных своими руками, является то, что практически все устройства имеют одинаковую конструкцию теплоизолированного короба. Часто каркас собирается из пиломатериалов и покрывается минеральной ватой и теплоотражающей плёнкой. Что же касается абсорбера, то для его производства используют металлические и пластиковые трубы, а также готовые узлы от ненужного бытового оборудования.

Из садового шланга

Сложенный улиткой садовый шланг или водопроводная ПВХ-труба имеет большую площадь поверхности, что позволяет использовать подобный контур в качестве водонагревателя для нужд летнего душа, кухни или подогрева бассейна. Разумеется, для этих целей лучше брать материалы чёрного цвета и обязательно использовать накопительную ёмкость, иначе в пик летней жары абсорбер будет перегреваться.

Плоский коллектор из садового шланга - простейший способ подогревать воду в бассейне

Из конденсатора старого холодильника

Внешний теплообменник отслужившего свой срок холодильника или морозильной камеры является готовым абсорбером гелиоколлектора. Всё, что остаётся сделать - дооборудовать его теплопоглощающим листом и установить в корпус. Конечно, производительность такой системы будет маленькой, но в тёплое время года водонагреватель из деталей холодильного оборудования перекроет потребности в горячей воде небольшого загородного дома или дачи.

Теплообменник старого холодильника представляет собой практически готовый абсорбер для небольшого гелионагревателя

Из плоского радиатора системы отопления

Изготовление гелиоколлектора из стального радиатора не потребует даже монтажа абсорбирующей пластины. Достаточно покрыть устройство чёрной жаростойкой краской и смонтировать его в герметичный кожух. Производительности одной установки с лихвой хватит для системы горячего водоснабжения. Если же сделать несколько водонагревателей, то можно сэкономить на отоплении дома в холодную солнечную погоду. К слову, собранная из радиаторов гелиоустановка обогреет подсобные помещения, гараж или теплицу.

Стальной радиатор системы отопления послужит основой для постройки экологичного водонагревателя

Из полипропиленовых или полиэтиленовых труб

Трубы из металлопластика, полиэтилена и полипропилена, а также фитинги и приспособления для их монтажа позволяют строить контуры гелиосистем любой площади и конфигурации. Такие установки обладают хорошей производительностью и используются для обогрева помещений и получения горячей воды на хозяйственные нужды (кухня, ванная и т. д.).

Достоинство гелиоколлектора из пластиковых труб - невысокая стоимость и простота монтажа

Из медных трубок

Абсорберы, построенные из медных пластин и трубок, обладают самой высокой теплоотдачей, поэтому с успехом применяются для подогрева теплоносителя отопительных систем и в горячем водоснабжении. К недостаткам коллекторов из меди относятся большие трудозатраты и стоимость материалов.

Применение медных труб и пластин для изготовления абсорбера гарантирует высокую производительность гелиоустановки

Методика расчёта гелиоколлектора

Расчёт производительности солнечного гелиоколлектора ведут исходя из того, что на 1 кв.м установки в ясный день приходится от 800 до 1 тыс. Вт тепловой энергии. Потери этого тепла на обратной стороне и стенках сооружения рассчитываются по коэффициенту теплоизоляции используемого утеплителя. Если применять пенополистирол, то для него коэффициент теплопотерь равняется 0,05 Вт/м × °C. При толщине материала в 10 см и разности температур внутри и снаружи конструкции 50 °C потери тепловой энергии составляют 0,05/0,1 × 50 = 25 Вт. С учётом боковых стенок и труб эту величину удваивают. Таким образом, суммарное количество уходящей энергии составит 50 Вт с 1 кв.м поверхности солнечного нагревателя.

Для нагрева 1 л воды на один градус потребуется 1,16 Вт тепловой энергии, поэтому для нашей модели гелиоколлектора площадью 1 кв.м и температурного перепада 50 °C удастся получить условный коэффициент производительности 800/1,16 = 689,65/кг × °C. Эта величина показывает, что установка площадью 1 кв.м в течение часа подогреет 20 литров воды на 35 °C.

Расчёт необходимой производительности солнечного водонагревателя ведут по формуле W = Q × V × δT, где Q - теплоёмкость воды (1,16 Вт/кг × °C); V - объём, л; δT - разность температур на входе и выходе из установки.

Статистика говорит, что для одного взрослого человека требуется 50 л горячей воды в сутки. В среднем, для горячего водоснабжения достаточно поднять температуру воды на 40 °C, что при расчёте по этой формуле требует затрат энергии W = 1,16 × 50 × 40 = 2,3 кВт. Чтобы узнать площадь гелиоколлектора, это значение нужно разделить на количество солнечной энергии, приходящееся на 1 кв.м поверхности на данной географической широте.

Расчёт требуемых параметров гелиоустановки

Изготовление солнечного водонагревателя с медным абсорбером

Предлагаемый к изготовлению гелиоколлектор в зимний солнечный день разогревает воду до температуры выше 90 °C, а в пасмурную погоду - до 40 °С. Этого хватит, чтобы обеспечить дом горячей водой. Если же вы хотите отапливать солнечной энергией жилище, то потребуется несколько таких установок.

Необходимые материалы и инструмент

Для изготовления водонагревателя понадобятся:

• листовая медь толщиной не менее 0,2 мм размерами 0,98×2 м;
• медная трубка Ø10 мм длиной 20 м;
• медная трубка Ø22 мм длиной 2,5 м;
• резьба 3/4˝ - 2 шт;
• заглушка 3/4˝ - 2 шт;
• припой мягкий SANHA или ПОС-40 - 0,5 кг;
• флюс;
• химреактивы для чернения абсорбера;
• плита OSB толщиной 10 мм;
• уголки мебельные - 32 шт;
• базальтовая вата толщиной 50 мм;
• листовой теплоотражающий утеплитель толщиной 20 мм;
• рейка 20х30 - 10м;
• дверной или оконный уплотнитель - 6 м;
• оконное стекло толщиной 4 мм или стеклопакет 0,98х2,01 м;
• саморезы;
• краска.

Кроме этого, подготовьте такие инструменты:

• электрическая дрель;
• набор свёрл по металлу;
• «коронка» или фреза для работы по дереву Ø20 мм;
• труборез;
• газовая горелка;
• респиратор;
• малярная кисть;
• набор отвёрток или шуруповёрт;
• электрический лобзик.

Для опрессовки контура также понадобится компрессор и манометр, рассчитанный на давление до 10 атмосфер.

Для пайки мягким припоем подойдёт простая газовая горелка

Инструкция по ходу работ

1. При помощи трубореза медную трубку нарезают на куски. Получатся 2 части Ø22 мм длиной 1,25 м и 10 элементов Ø10 мм длиной 2 м.
2. В толстых трубах делают отступ от края 150 мм и выполняют по 10 сверлений Ø10 мм через каждые 100 мм.
3. В полученные отверстия вставляют тонкие трубки так, чтобы они выступали внутрь не более чем на 1–2 мм. В противном случае в радиаторе будут появляться излишние гидравлические сопротивления.
4. Используя газовую горелку, термофен и припой, все части радиатора соединяют между собой.

   

   Контур гелиоколлектора работает под давлением, поэтому особое внимание уделяют герметичности соединений

   Для сборки радиатора можно использовать специальные фитинги, но в таком случае значительно увеличится стоимость гелиосистемы. Кроме того, разборные соединения не гарантируют герметичность конструкции при переменных термодинамических нагрузках.

5. По диагоналям радиатора к трубам 3/4˝ попарно припаивают заглушки и резьбы.
6. Закрыв выходную резьбу заглушкой, на вход собранного коллектора навинчивают штуцер и присоединяют компрессор.

   

   Компрессор присоединяют при помощи штуцера

7. Помещают радиатор в ёмкость с водой и компрессором нагнетают давление 7–8 атм. По поднимающимся в местах стыков пузырькам судят о герметичности паяных соединений.
   

   Если подходящую ёмкость для проверки коллектора найти не удалось, то можно собрать её своими руками. Для этого из подручных средств (обрезки пиломатериалов, кирпич и т. д.) делают короб или простейшее заграждение и застилают его полиэтиленовой плёнкой.

8. После проверки герметичности радиатор сушат и обезжиривают. Затем приступают к припаиванию медного листа. Паять полотно абсорбера к трубкам следует сплошным швом по всей длине каждого элемента медного контура.

   

   Пайка полотна абсорбера выполняется сплошным швом

9. Поскольку абсорбер гелиоколлектора изготавливается из меди, то вместо покраски можно использовать химическое чернение. Это позволит получить на поверхности настоящее селективное покрытие, наподобие того, что получают в заводских условиях. Для этого в ёмкость для проверки герметичности наливают нагретый химический раствор и укладывают абсорбер лицевой стороной вниз. Во время реакции поддерживают температуру реактивов любым доступным способом (например, постоянной прокачкой раствора через ёмкость с кипятильником).

   

   Чернение меди - один из наиболее ответственных этапов изготовления абсорбера

   В качестве жидкости для химического чернения можно использовать раствор едкого натра (60 г) и персульфата калия или надсернокислого аммония (16 г) в воде (1 л). Помните о том, что эти вещества представляют опасность для человека, а сам процесс окисления меди связан с выделением вредных газов. Поэтому обязательно применение защитных средств - респиратора, очков и резиновых перчаток, а сами работы лучше проводить на открытом воздухе или в хорошо вентилируемом помещении.

10. Из листа OSB вырезают детали для сборки корпуса гелиоколлектора - днище 1х2 м, боковые стороны 0,16х2 м, верхнюю 0,18х1 м и нижнюю 0,17х1 м панели, а также 2 опорные перегородки 0,13х0,98 м.
11. Рейку 20х30 мм нарезают на части: 1,94 м - 4 шт. и 0,98 м - 2 шт.
12. В боковых стенках делают отверстия Ø20 мм для входного и выходного патрубков, а в нижней части коллектора выполняют 3–4 сверления Ø8 мм для микровентиляции.

    

    Отверстия необходимы для микровентиляции

13. В перегородках делают вырезы под трубки абсорбера.
14. Из реек 20х30 мм собирают опорную раму.
15. Воспользовавшись мебельными уголками и саморезами, раму обшивают панелями OSB. При этом боковые стенки должны опираться на днище - это позволит предотвратить прогиб корпуса. Нижнюю панель опускают на 10 мм от остальных, чтобы перекрыть её стеклом. Это не даст осадкам попадать внутрь рамы.
16. Устанавливают внутренние перегородки.

    

    При сборке корпуса обязательно используют строительный угольник, иначе конструкция может получиться кособокой

17. Днище и бока корпуса утепляют минеральной ватой и укрывают рулонным теплоотражающим материалом.

    

    Лучше использовать минеральную вату с влагоотталкивающей пропиткой

18. Абсорбер укладывают на подготовленное пространство. Для этого демонтируют одну из боковых панелей, которую затем ставят на место.

    

    Схема внутреннего «пирога» гелиоколлектора

19. На расстоянии 1 см от верхнего края короба внутренний периметр сооружения обшивают деревянной рейкой 20х30 мм так, чтобы стенок касалась её широкая сторона.
20. По периметру проклеивают уплотнительную резинку.

    

    Для герметичности используют обычный оконный уплотнитель

21. Укладывают стекло или стеклопакет, контур которого также обклеивают оконным уплотнителем.
22. Прижимают конструкцию алюминиевым уголком, в котором предварительно сверлят отверстия для саморезов. На этом этапе сборку коллектора считают завершённой.

    

    В собранном виде тощина гелиоколлектора составляет около 17 см

Чтобы предотвратить попадание влаги и утечку тепла, на всех этапах стыки и места сопряжений деталей обрабатывают силиконовым герметиком. Для защиты конструкции от осадков древесину покрывают специальным составом и окрашивают эмалью.

Особенности установки и эксплуатации жидкостных нагревательных коллекторов

Для размещения гелиоколлектора выбирают просторное место, которое не затеняется весь световой день. Монтажный кронштейн или подрамник изготавливают из деревянных реек или металла с таким расчётом, чтобы наклон водонагревателя регулировался в пределах от 45 до 60 градусов от вертикальной оси.

Схема подключения гелионагревателя в системе с принудительным движением теплоносителя

Накопительный бак для уменьшения тепловых потерь размещают как можно ближе к установке. В зависимости от условий организуют естественную или принудительную циркуляцию теплоносителя. В последнем случае используют контроллер с термодатчиком, врезанным в выходной патрубок. Прокачка рабочей жидкости по контуру будет включаться, когда её температура достигнет запрограммированного значения.

Сезонно-работающую систему заправляют водой, тогда как круглогодичное использование солнечного водонагревателя требует применения незамерзающей жидкости. Идеальный вариант -специальный антифриз для гелиосистем, но для экономии используют и жидкости, предназначенные для автомобильных радиаторов или бытовых отопительных систем.

Видео: солнечный водонагреватель своими руками

Постройка гелиоколлектора - не только интересное и захватывающее занятие. Солнечный водонагреватель будет экономить ваш семейный бюджет и станет доказательством того, что защищать окружающую среду можно не только на словах, но и реальными делами.

Благодаря разносторонним увлечениям пишу на разные темы, но самые любимые - техника, технологии и строительство. Возможно потому, что знаю множество нюансов в этих областях не только теоретически, вследствие учебы в техническом университете и аспирантуре, но и с практической стороны, так как стараюсь все делать своими руками.

Солнце - самый большой источник безопасной и бесплатной энергии. И если раньше люди не могли использовать её, то сейчас существуют технологии, помогающие обеспечить дом теплом и горячей водой только за счёт солнца. Использование коллекторов - экономически выгодный и доступный способ сделать загородный дом более комфортным. Нужно только правильно выбрать гелиоколлектор (или сделать самостоятельно), а потом внедрить его в существующую систему отопления.

Что такое солнечный водонагреватель

Коллектор (водонагреватель) - это прибор, который собирает энергию солнечных лучей и превращает её в тепло. Солнце нагревает находящийся в коллекторе теплоноситель, который дальше используется для устройства горячего водоснабжения и отопления или выработки электроэнергии.

Приборы, связанные с энергией солнца, правильно называть гелиоустановками или гелиоколлекторами (от имени древнегреческого бога солнца Гелиоса).

Современные солнечные водонагреватели могут быть сложными, но прибор для собственных нужд под силу изготовить самостоятельно любому владельцу частного дома. Главное - разобраться, для чего необходимо это устройство.

Три коллектора полностью обеспечивают потребности семьи в горячей воде и отоплении

Сфера использования гелиоустановок

В нашей стране словосочетание солнечный водонагреватель у многих всё ещё ассоциируется с чёрным баком на крыше будки летнего душа, но во всём мире эта технология успешно используется. Гелиоколлекторы распространены в южных регионах Европы. Жители частных домов в Италии, Испании и Греции по закону обязаны пользоваться солнечными водонагревателями. Не отстаёт от запада и Китай. Там солнечные водонагреватели устанавливают на крышах высоток и обеспечивают горячей водой все квартиры. В 2000 году в мире насчитывалось столько гелиоустановок, что собранные вместе они заняли бы более 71 млн м 2 . Почти 15 млн м 2 из них были бы европейскими.

Солнечные вакуумные коллекторы почти полностью занимают крыши китайских новостроек

Применяются такие приборы для горячего водоснабжения бытовых помещений и промышленных зданий, отопления частных домов, административных построек, цехов. Наиболее востребованы они в пищевой и текстильной промышленности, поскольку именно в этой сфере есть множество производственных процессов с использованием горячей воды.

В частном секторе на каждого человека из Германии приходится 0,14 м 2 площади солнечного коллектора, из Австрии - 0,45 м 2 , с Кипра - 0,8 м 2 , а из России - 0,0002 м 2 . Интенсивность солнечного освещения в России всего на 0,5 кВт*ч/м 2 меньше, чем на юге Германии. Это значит, что низкая популярность солнечных коллекторов в северных регионах обусловлена не географическими причинами.

С обширной системой коллекторов можно подогревать даже воду для бассейна

Виды солнечных коллекторов

Инженеры разработали плоские, трубчатые с вакуумом, концентраторы с параболоцилиндрическими отражателями, воздушные, солнечные башни и другие виды установок. Наиболее востребованными для бытовых целей остаются плоские и вакуумные водонагреватели.

Таблица: сравнительная характеристика плоских и вакуумных коллекторов

Особенности плоских солнечных водонагревателей

Устройство представляет собой панель, внутри которой расположены медные трубки с тёмным покрытием. В них нагревается вода, которая потом собирается в баке и применяется для ГВС (горячего водоснабжения). Если делать коллектор самостоятельно, то дорогостоящие составляющие можно заменить доступными материалами:

• вместо медных трубок можно взять стальные, полиэтиленовые или просто радиатор от старого холодильника;
• деревянный каркас способен стать заменой металлическому, хоть он и весит больше;
• хромированный поглотитель заменит обычная чёрная краска;
• в качестве защитной крышки неплохо послужит лист стекла или сотового поликарбоната, а утеплителя - пенопласт.

Главное - обеспечить герметичность панели, но для этого достаточно все швы заделать строительным силиконом. Основным недостатком таких приборов считается то, что нагретый теплоноситель излучает тепло в воздух и немного охлаждается до поступления в накопительный бак. Использование теплоизоляции и герметизация швов призваны бороться именно с этим эффектом.

Дорогостоящие детали промышленного коллектора можно заменить более дешёвыми аналогами, например, использовать вместо медных трубок стальные, а каркас прибора сделать деревянным

Если воду из плоского коллектора не забирать, в жаркий солнечный день она способна нагреться до 190–210 о С, что может привести к разрыву трубок с теплоносителем или соединительных элементов. Тем, кто пользуется солнечным водонагревателем от случая к случаю, важно установить накопительный бак, способный устранить избыточное давление в трубках. Ещё один вариант - в качестве поглотителя тепла использовать минеральное масло, а не воду. Его температура кипения выше, что снижает риск повреждения системы. В таком случае понадобится теплообменник, в котором масло будет передавать накопленное тепло воде без непосредственного контакта.

Плоские солнечные коллекторы дешевле и проще в изготовлении, но пригодны только для летней эксплуатации на даче или в качестве вспомогательного водонагревателя. Используйте их только для ГВС.

Особенности вакуумных коллекторов

Солнечные водонагреватели этого вида состоят из отдельных трубок, каждая из которых находится в безвоздушной среде. Такая конструкция позволила снизить теплопотери на пути от коллектора к накопительному баку и увеличить эффективность системы. Благодаря этому вакуумные коллекторы отлично работают в период смены сезонов (осень, весна) и зимой.

В вакуумных солнечных водонагревателях также используются медные трубки, поскольку этот материал обеспечивает хорошую теплопередачу и одновременно гигиеничность. Остальные элементы аналогичны: стекло (боросиликатное для лучшего пропускания тепла), под ним чёрный поглощающий слой, трубка с теплоносителем и подложка. Герметичность системы обеспечить проще, так как шов только один - соединение между трубкой и накопительным баком.

Холодная вода постепенно нагревается от поочерёдного контакта с горячими медными трубками. Тепло из вакуумной гелиоустановки отводится только так, поэтому важно обеспечить ему регулярный приток холодной воды, то есть использовать горячую на протяжении всего дня. Для увеличения стойкости системы в качестве теплоносителя в вакуумных солнечных коллекторах используется антифриз. Он хорошо переносит нагрев до 300 о С и не замерзает, когда в пасмурный день температура прибора снижается до -40 о С.

Для круглогодичного ГВС и отопления загородного дома необходим вакуумный солнечный коллектор. Он дороже, но эффективнее и надёжнее плоского.

Своими руками создать полноценный вакуумный солнечный коллектор невозможно: изготовление толстостенной трубки из боросиликатного стекла немыслимо в кустарных условиях. Поэтому более надёжным вариантом станет покупка заводских колб (предлагаются коаксиальные и перьевые разновидности) и сборка гелиоводонагревателя на месте. Но поскольку даже такая работа требует недюжинных слесарных навыков, лучше купить готовое изделие с гарантией от производителя.

В какую систему интегрировать солнечный водонагреватель

Чтобы горячая вода начала вытекать из крана, важно не только выбрать коллектор, но и создать для него целую систему из накопительного бака, соединительных труб, кранов и других элементов.

Типы циркуляции

Необходимо определить, сможете ли вы установить накопительный бачок выше уровня коллектора. От этого зависит, какой из двух типов циркуляции будет в системе.

1. Естественная циркуляция создаётся из-за разницы в плотности холодной и горячей воды . Нагретая жидкость стремится подняться, что и обуславливает такое расположение накопительного бака. Если крыша имеет сложную конструкцию, выберите хорошо освещённое место для размещения коллектора и поставьте бак под коньком.
2. Системы с принудительной циркуляций работают благодаря насосу, перекачивающему тёплую воду в подготовленный бак. При этом появляется возможность разместить элементы системы далеко друг от друга, например, поставить накопительный бак на чердаке или в подвале. Это лучше для экстерьера, требует меньше усилий на теплоизоляцию самого бака. Но трубы, ведущие от коллектора к резервуару, обязательно снабжаются теплоизоляцией, иначе есть риск растерять всё тепло по пути. Принудительная циркуляция требует использования электроэнергии, поэтому если на даче нет или часто пропадает электричество, такой вариант не подойдёт.

Если вы решили использовать в коллекторе масляный теплоноситель, предусмотрите насос для принудительной циркуляции. Иначе из-за низкого коэффициента расширения масла система просто не будет работать.

Выбор типа контура циркуляции

Распространены три типа систем:

1. С разомкнутым контуром. Это самый простой вариант для снабжения дома горячей водой. Его основное отличие в том, что теплоносителем в коллекторе обязательно является вода. Сначала она нагревается в трубках, потом поступает в накопительный бак, а дальше - непосредственно в кран на кухне или ванной комнате. То есть вода не циркулирует по кругу, а в разомкнутом контуре каждый раз нагревается новая порция.
2. Одноконтурная. Она предпочтительна, когда с помощью солнечного тепла предполагается отапливать дом или сделать более дешёвой эксплуатацию электрического отопления. Её отличие в том, что нагретая солнцем вода поступает в отопительные трубы. Теплоноситель двигается в системе по кругу. Это и есть замкнутый цикл циркуляции. Поскольку солнечный коллектор используется зимой и в межсезонье, выбирайте вакуумные модели и включайте в систему дополнительный обогреватель. Электрический или газовый котёл помогает довести теплоноситель до нужной температуры в холодные и пасмурные дни, а также ночью.
3. Двухконтурная. Этот вариант предполагает передачу тепла от коллектора к системе через специальный теплообменник. Поскольку прямого контакта между теплоносителем и водой нет, в коллекторе используют масло или антифриз. Система оптимальна для загородных домов, в которых люди проживают на протяжении всего года. В ней коллектор используется и для горячего водоснабжения, и для отопления одновременно. Как правило, в неё интегрируется также котёл и/или бойлер для дополнительного подогрева воды, а коллекторов используется несколько (в зависимости от количества проживающих и климатических характеристик региона).

   В двухконтурной системе циркуляции нет прямого контакта между теплоносителем солнечного водонагревателя и водой

Система циркуляции с разомкнутым контуром эффективна для ГВС дачи, двухконтурная - для полного снабжения (ГВС и отопления) загородного дома.

Как сделать плоский солнечный коллектор своими руками

Для этого нужен чертёж. Также понадобится рассчитать площадь водонагревателя в соответствии с нуждами семьи. Этот параметр определяется по формуле: A=K*F*SF/(G*η)AW=1/(G*η)A=K*F*SF*AW, где:

• А - площадь коллекторов, м2;
• AW - приведённая площадь, которая способна генерировать 1кВт*час за день, м2*день/(кВт*час);
• Η – КПД одного коллектора, %;
• G - полное излучение солнца за день, характерное для данной местности, кВт*час/(м2*день);
• К - коэффициент, учитывающий величину угла наклона коллекторов и их ориентацию относительно сторон света;
• F - энергия, необходимая для нагрева воды на сутки, кВт*час/день;
• SF - доля энергии солнца в покрытии потребности в тепле, %.

Для строительства коллектора понадобится подробный чертёж с указанием количества и размера деталей

Инструменты и материалы для работы

Для изготовления плоского гелиоколлектора размером 2,28х1,9х0,1 м с металлопластиковыми трубами и деревянным каркасом понадобится:

• ножовка или лобзик для резки дерева и фанеры;
• ножницы для металлопластиковых труб;
• шуруповёрт;
• кисти и краскопульт или баллончик аэрозольной краски для чернения смонтированных труб.

Последовательность действий:

1. Соберите короб для основания коллектора из двух листов фанеры размером 1,52х1,52 м толщиной 1 см. Один из них раскроите для создания бортиков на детали: размером 0,76х0,38 м - 4 шт., размером 1,52х0,76 м - 1 шт.
2. Покрасьте внутреннюю поверхность полученного короба чёрной матовой краской, а внешнюю - белой или покройте защитным лаком.
3. Создайте раму для крепления короба из бруса сечением 5х5 см, согласно приложенной схеме. Всего понадобится 60 м бруса. Перед сборкой важно обработать детали антисептиком для дерева, чтобы защитить материал от осадков и температурных перепадов. Крепите детали между собой саморезами по дереву с применением металлических уголков 5х5 см.
4. Закрепите короб на подготовленной подставке и дальнейшую сборку проводите на этом наклонном стенде.
5. Сделайте разметку, где будут проходить трубы, и в нужных местах крепления для них. Их тоже окрасьте в чёрный, чтобы не увеличивать теплопотери.
6. Нарежьте металлопластиковые трубы толщиной 0,5 дюйма на фрагменты необходимой длины. Чтобы не сделать ошибку, используйте первый фрагмент в качестве эталонного образца. Должно получиться 45 штук по 2,14 м.
7. Соберите змейку из труб на стенде, используя на поворотах фитинги для металлопластиковых труб. Всего необходимо по 44 угловых колена типа «мама-мама» и «мама-папа» и 88 переходников с металлопластиковой трубы на штуцер. Для герметизации соединений используйте уплотнительную нить. В начале и конце змейки закрепите переходники для подключения шлангов подачи и отвода воды.
8. Окрасьте конструкцию в чёрный цвет из краскопульта или баллончика.

   Змеевик коллектора окрашивают чёрной краской

9. Подключите змеевик к насосу и удостоверьтесь, что при перекачивании воды не возникает течь. Если какое-то соединение недостаточно герметично, слейте воду и пересоберите его, а потом снова проведите проверку.
10. Закройте верх короба прозрачным стеклом или монолитным поликарбонатом. Если нет возможности использовать цельный лист, сделайте алюминиевую рамку в размер имеющихся фрагментов (лучше не больше четырёх) и надёжно закрепите панели. Каждый стык тщательно обработайте прозрачным силиконом, чтобы водонагреватель был герметичным.

По описанной схеме собирают коллектор мощностью 1,6–2 кВт.

Для удешевления устройства используют гибкую трубу из сшитого полиэтилена. Она изначально чёрная и монтируется змейкой с помощью всего двух фитингов. Но в этом случае вода будет соприкасаться не с гигиеничным металлом (как в описанном случае), а с пластиком. Это нежелательно, если вода предназначена и для приготовления еды.

Видео: как сделать плоский солнечный водонагреватель с медными трубками

Монтаж гелиоколлектора

Устройство устанавливается на крыше. Этот вариант подходит и для загородных домов, и для многоэтажек. Лучше, если крыша скатная и угол наклона приближен к широте этого региона. В таком случае понадобится прикрепить на её южной стороне кронштейны к доскам сквозь кровельный материал. Коллектор будет размещаться на 15–20 см выше уровня крыши параллельно скату. Это наиболее гармоничное решение, особенно если в доме используется несколько водонагревателей. Иногда коллектор утапливают в крышу, чтобы защитный экран оказался на одном уровне с декоративным покрытием кровли. Но такой способ гораздо затратнее и может ослабить конструкцию крыши.

Лучше всего монтировать систему плоских коллекторов на скатной крыше

На плоских крышах коллекторы монтируют на специальные конструкции, удерживающие их под заданным углом. Подставки можно приобрести готовыми или сварить самостоятельно из уголков. К основе металлоконструкция крепится большими анкерными болтами.

На плоской крыше коллекторы монтируют на специальные конструкции

На дачах солнечные коллекторы устанавливают рядом с домом или бассейном на открытом солнечном участке. В таком случае выбирают место на уже созданной площадке или оборудуют надёжное основание отдельно. Для этого понадобится прямоугольная площадка с утрамбованной насыпной подушкой, гидроизоляцией и покрытием из тротуарной плитки, керамогранита, другого прочного твёрдого и погодоустойчивого материала. Впоследствии на ней монтируется металлическая или деревянная подставка-мольберт, на которую и крепится гелиоколлектор.

Установка солнечного коллектора на опоры, не имеющие общего основания, считается менее надёжным вариантом, но помогает сэкономить место

Обслуживание солнечного коллектора

Как и любое другое оборудование, устройство требует обслуживания. Самые распространённые работы:

Если коллектор был куплен, при первой же поломке стоит вызвать мастера, а в гарантийный период - обратиться к представителю производителя. Самодельный солнечный водонагреватель придётся ремонтировать своими силами, но найти поломку и устранить её в изделии собственного изготовления гораздо проще, чем в заводском. Опыт мастеров по ремонту коллекторов подсказывает, что сначала нужно проверить состояние клапанов, датчиков, накопительного бака и насоса, т. к. они менее надёжны, чем сама гелиоустановка.

В системах ГВС с гелиоколлектором чаще всего выходят из строя клапаны и датчики

Видео: инструкция по сборке солнечного коллектора из алюминиевых банок

Владельцы солнечных коллекторов уверены: стоит однажды оценить возможности этого устройства, и без него уже будет просто невозможно обойтись. Теперь и вы можете обеспечить дом или дачу дешёвым и безопасным теплом.

Солнечный коллектор представляет собой группу металлических пластин, которые обычно устанавливаются на южной стороне крыши. Они окрашены в черный цвет, так как именно поверхность черного цвета быстрее нагревается, и дольше держит тепло. Эти металлические пластины помещают в каркас из пластика.

Обычно на крышу устанавливают несколько таких металлических коллекторных листов, так как, когда солнечные лучи касаются поверхности крыши, то энергия, заключенная в этих лучах, равномерно распределяется по всей поверхности крыши. Поэтому, чем больше листов установлены на скате крыши, тем больше энергии они аккумулируют.

Весь принцип работы гелиоустановок можно представить следующим образом:

По коллектору по специальным трубам перемещается теплоноситель-вода. Циркуляция воды может осуществляться как естественным способом, так и искусственным, то есть с помощью циркуляционных насосов. Сначала коллектор нагревается от солнечных лучей, затем это тепло передается теплоносителю. Нагретая жидкость далее течет по трубам и поступает в аккумуляторный бак, который представляет собой специальный бак для воды.

Стенки этого бака имеют хорошую теплоизоляцию, чтобы она не теряла тепло. Также в этот бак могут быть вмонтированы дополнительные электрические нагреватели, которые автоматически придут в рабочую фазу, если вдруг на улице будет продолжительная пасмурная погода, и коллекторы не будут нагреваться. Вода в этом баке может стоять сколько угодно долго, до тех пор, пока хозяева не предпочтут использовать ее в своих целях.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что весь принцип работы гелиоустановок сводится к тому, чтобы преобразовать солнечную энергию в тепло.

Виды

Существуют несколько разновидностей солнечных коллекторов:

Плоские. На сегодняшний день представители этой категории пользуются большой популярностью в сфере использования. Такая гелиоустановка состоит из листа платины, который окрашен в черный цвет. Этот лист заключен в металлический каркас, наружная сторона которого покрыта стеклом, для лучшего пропускания света. В устройствах этого типа сделано все, чтобы до минимума снизить показатель теплопотерь.

Стекло для таких конструкций изготавливается таким образом, чтобы содержание железа в нем было как можно меньше. Это способствует лучшему пропусканию солнечной энергии. Солнечная энергия проходит через стекло и нагревает поверхность коллектора, в котором движется теплоноситель. Далее, этот теплоноситель нагревается за счет платиновых пластин.

Коллекторы, которые аккумулируют солнечную энергию в гелиоустановках, по-другому еще называют абсорбирующими пластинами. Их производят не только из платины. Вместо нее могут быть использованы такие металлы, как медь и алюминий, которые отличаются высокими показателями теплопроводности.

Жидкостные. В установках такого типа в качестве теплоносителя используют жидкость. Теплообменники устанавливаются под абсорбирующим элементом, и прикрепляются к нему снизу. Они могут иметь вид змеевика, или отдельных параллельно идущих друг к другу трубок. Змеевик, конечно, является удобным вариантом, так как риск возможной протечки сводится к минимуму. Жидкостные гелиоустановки можно разделить на два подвида:

• Разомкнутые. В таких системах в качестве теплоносителя используют воду. Она нагревается в установке, и направляется в бак, откуда она идет на пользование. Такими системами пользоваться неудобно, так как в период низких температур, вода замерзает, и может разорвать трубы.
• Замкнутые. В системах этого типа роль теплоносителя играет не вода, а специальная незамерзающая жидкость. В установке, она нагревается от солнечной энергии, и поступает в теплообменник, представляющий собой бак, внутри которого имеется герметично закрытый бак для воды. Нагретая незамерзающая жидкость передает свое тепло воде, которая тут же нагревается и идет на пользование.

Воздушные. Если вода имеет ряд недостатков, такие как замерзание и вскипание, то использование воздуха в качестве теплоносителя поможет полностью исключить эти недостатки. Действительно, воздух не замерзает при низких температурах, и также не вскипает при высоких температурах. Благодаря этим плюсам, воздух является отличным теплоносителем. К тому же в воздушных гелиоустановках используются недорогие материалы, да и эксплуатационные работы проводятся очень легко.

В конструкцию солнечных гелиоустановок входят несколько коллекторов, роль которых играют металлические пластины. Между ними движется теплоноситель путем естественной конвекции (есть вариант, где используют вентиляторы). Затем нагретый воздух поступает в помещение. Минусом является то, что воздух является плохим переносчиком тепла.

Схема и конструкция

Конструкция самого солнечного коллектора является всего лишь частью масштабной работы. Дело в том, что для правильной работы всей системы, нужно спроектировать правильную обвязку. Здесь будет рассмотрена схема, в которой гелиоустановка работает на два бака. Один из баков является тепловым аккумулятором, который используется для отопления, а другой – ГВС.

• Обратные клапаны. Основная функция обратных клапанов является препятствование обратному току воды, то есть она заставляет воду течь в одном направлении. В данной схеме обратные клапаны устанавливаются на пути выхода жидкости из коллектора, чтобы жидкость обратно не поступила в устройство. Еще два обратных клапана устанавливаются на выходе из баков.
• Циркуляционные насосы. Они имеют важное значение. В данной схеме представлено применение двух насосов. Один из них установлен на выходе из бака ГВС, а другой – на выходе из теплового аккумулятора. Если будет работать только насос, стоящий у ГВС, то вся система будет работать только на нагрев ГВС, а если будет работать только насос, стоящий рядом с аккумуляторным баком, то система работает только на данный элемент. Можно также включить оба насоса.
• Запорный вентиль. В данной схеме, в аккумуляторном баке теплоноситель течет в двух змеевиках: в верхнем и в нижнем. Дело в том, что в верхнем змеевике, сопротивление больше, чем в нижнем, поэтому большая часть воды течет именно в нижнем змеевике. Для того чтобы сбалансировать поток теплоносителя, необходимо установить запорный клапан на входе жидкости в данный бак.
• Фильтр. Он обязательно должен присутствовать в любой системе. Его функция заключается в задерживании крупных частиц мусора, которые имеются в жидкости.
• Расходомер. Он нужен для того, чтобы видеть, сколько литров воды протекает за одну минуту. Данный показатель регулируется с помощью запорного вентиля.
• Показатель давления. С помощью этого элемента можно определить уровень давления в системе. Рядом устанавливают подрывной клапан на случай, если вдруг давление превысит норму.
• Расширительный бак. В системе вода начнёт расширяться за счет нагрева. Излишки поступают в расширительный бак, а при остывании они снова начнут циркулировать. Если этого бака не будет, то излишки выйдут через подрывной клапан, а при остывании в системе воды будет не хватать.
• Воздухоотводчики. В гелиосистемах применяют воздухоотводчики автоматического типа. Их устанавливают в верхней части системы. Он нужен для того, чтобы автоматически удалять накопившийся воздух из системы.
• Кран для слива. Через этот кран, теплоноситель можно сливать из системы.

Вот из таких элементов состоит система данной схемы.

Существуют и другие конструкции, но весь принцип действия остается таким же, только вот некоторых клапанов и вентилей может понадобиться больше или меньше в зависимости от схемы.

Необходимые материалы и инструменты

Гелиоустановки можно приобрести в специальных заведениях, но можно и сделать самому, так как покупка обойдется очень дорого. Солнечные коллекторы в домашних условиях можно сделать из разных материалов, таких как пластиковые бутылки, шланг, полипропилен, но самым экономным в материальном плане и самым легким является процесс изготовления солнечной батареи из радиатора строго холодильника.

Для этого понадобятся следующие материалы:

• Коврик из резины.
• Скотч
• Фольга.
• Обычное стекло.
• Брусья деревянные для изготовления рамы.
• Устройство для пайки.

Все эти материалы можно приобрести без особых затрат. Если они уже есть в наличии, то можно приступить к делу.

Как сделать солнечный коллектор своими руками – пошаговая инструкция

Если старый холодильник уже находится в нерабочем состоянии, то не следует его выбрасывать, так как его конденсатор может стать отличным материалом для сборки коллектора. При изготовлении этого устройства, следует руководствоваться нижеприведенной пошаговой инструкцией:

1. Нужно демонтировать конденсатор, хорошенько промыть, очистить от фреона, и измерить.
2. После того как проделали необходимые замеры, следует приступить к изготовлению деревянной рамы, то есть корпус. Для этого используют деревянные брусья.
3. Теперь необходимо взять фольгу и уложить его на дно изготовленного корпуса. Делается это для того, чтобы теплообменник мог нагреваться не только с фронтовой стороны, но также и с тыльной.
4. Теперь, вооружившись скотчем, следует обклеить все щелинки по всему периметру корпуса.
5. Затем необходимо прибить дополнительные брусья с тыльной стороны устройства. Это делают для того, чтобы теплообменник был закреплен прочно.
6. Теперь в каркасе делают небольшие отверстия для отвода труб.
7. На нижней стороне рамки нужно вмонтировать несколько шурупов, чтобы стекло держалось надежно и не сползало.
8. Теперь накрывают все это стеклом, и с помощью скотча герметизируют все отверстия.

На этом все! Осталось только установить его где-нибудь на крыше, и обвязать с остальными элементами отопительной системы дома.

Нюансы

При изготовлении и эксплуатации коллектора, следует обратить внимание на следующие моменты:

• Воду, нагретую посредством такого коллектора, следует использовать только для технических нужд, так как в конденсаторе все-таки остается фреон.
• Совсем необязательно использовать конденсатор холодильника, можно также взять и радиатор от автомобиля.
• Если предусмотрено использование циркуляционного насоса, то бак для накопления воды может быть установлен абсолютно в любом месте. Вместо циркуляционного насоса высокой мощности можно взять обычный аквариумный насос. Если же в системе предусмотрена естественная циркуляция жидкости, то бак должен быть расположен выше самого коллектора.