Самодельный солнечный коллектор для нагрева воды и отопления

Каким образом сделать солнечный коллектор самостоятельно? ↑

Основой действия солнечного коллектора является использование парникового эффекта

Считается, что разработка инженера из Болгарии С.Станилова – это самое универсальное устройство солнечного коллектора. Основой его действия является использование парникового эффекта. Трубчатый радиатор из стальных труб расположен в теплоизолированной коробке из древесного материала. Для подачи и отвода воды могут использоваться специальные водопроводные трубы. Их диаметр равен 1 либо ¾ дюйма.

Теплоизоляция коробки достигается за счет использования пенопласта, пенополистирола или минеральной ваты

Особое внимание уделяется изоляции дна: туда помимо прочего добавляют лист оцинкованного железа. На него и ставится сам радиатор, который крепится стальными хомутами

Затем вся коробка, кроме верха, покрывается белой краской, а металлический лист с радиатором покрывают чёрной матовой краской. Накопителем тепла может выступить обычная металлическая бочка, утепленная сухими опилками или песком.

Солнечные водонагреватели с древности до современности

Есть много способов использования солнечной энергии. Одним из наиболее популярных методов, применяемых как в бытовых, так и в промышленных условиях, стали солнечные водонагреватели. Эти устройства используются веками, а с применением современных технологий получили новый виток популярности. С древних времен и до недавних пор воду, как и другие жидкости, при помощи солнца нагревали в открытых или закрытых емкостях темного цвета, что способствовало скорейшему подогреву.

Сейчас же, в электронный век, все чаще применяются более современные элементы, которые позволяют не только нагревать воду при помощи солнца, но и поддерживать заданную температуру теплоносителя. Они включают массу технических разработок, касающихся как используемых структурных элементов, так и способов управления. Их конструкция разнообразна и в большинстве своем зависит от целевого назначения прибора, а также применяемых технологий и материалов. Часть из них выпускается только промышленным способом, но другая часть может исполняться и в кустарных условиях.

Водонагреватель для душа на даче от солнечной энергии

Известно, что на каждый 1 м2 поверхности, перпендикулярный солнечным лучам, приходится примерно 800-1000 Вт энергии за каждый час. Именно эту бесплатную энергию, к тому же экологически чистую, можно использовать для подогрева воды в дачном душе (по крайней мере, в солнечные дни).

Уже давно принято обустраивать подогрев воды своими руками в летнем душе в виде бочки, выкрашенной в черный цвет и поставленной на крыше. Это самое простое и дешевое решение: солнце нагревает в черной бочке воду. Однако в данном случае эффективная площадь освещения 200-литровой емкости будет составлять всего 0,5 м2 — произведение ее ширины (0,6 м) на высоту (0,8 м). Значит, в течение всего солнечного дня такая бочка будет получать всего 5-6 кВт энергии. Этого достаточно, чтобы нагреть 200 л воды лишь до теплого состояния. Затем за ночь вода остынет.

Есть еще один способ, как сделать водонагреватель своими руками с несколько увеличенной эффективной площадью водяного бака. Но и эта конструкция не позволяет сберегать накопленное за день тепло, к тому же в данном случае солнцем освещается только одна половина бочки, а вторая при этом работает, скорее, радиатором на охлаждение. Ниже вы узнаете, как самому сделать водонагреватель, чтобы сохранять в летнем душе горячую воду в течение всего теплого сезона: с апреля по сентябрь включительно.

Принцип действия солнечного коллектора ↑

Устройство в основном состоит из поглощающей свет пластины и теплообменного аккумулятора. Последний преобразует энергию солнца в тепловую, а затем передаёт её теплоносителю, в качестве которого выступает обыкновенная вода.

Схема устройства солнечного коллектора

Стоит заметить, что при этом отсутствуют выделения углекислого газа, а это, согласитесь, очень актуально сегодня. Более того, отсутствуют затраты на топливо, да и эффективность солнечного коллектора достигает 80%. Известно, что в период март-октябрь на территории России солнцем вырабатывается в среднем за сутки 5 кВтч/м², а это дает возможность коллекторам размером 2м² каждый день выдавать до 100 л нагретой воды.

Чтобы использовать солнечный коллектор круглый год, необходимо иметь большую поверхность, 2 контура с теплоносителем в виде антифриза плюс дополнительные теплообменники. Но и без того, благодаря использованию энергии солнца, существует возможность получать бесплатное тепло более 6 месяцев в году.

Радиатор

Для изготовления радиатора лучше всего подходят медные трубы, учитывая отличную теплопроводность этого металла. Единственным их недостатком, как и стальных изделий, можно считать трудность монтажа, ведь в первом случае потребуются навыки по пайке медных материалов, а во втором – умение работать со сварочным аппаратом. Проще всего применить полипропиленовые трубы, спаянные особым образом, или использовать в качестве радиатора черную полиэтиленовую трубу, свёрнутую спиралью.

    При изготовлении радиатора из металлических труб придерживаются следующих этапов:

1. Подготавливают два отрезка трубы диаметром 25-50мм необходимой длины. Также нарезают необходимое количество отрезков труб диаметром 10-15мм.
2.  Сверлят отверстия в толстой трубе через каждые 10см.
3.  Вставляют отрезки труб в отверстия с таким расчетом, чтобы их торцы выступали с обратной стороны не более чем на 5мм.
4. Запаивают или заваривают соединения.
5. По диагонали радиатора к торцам 50мм труб приваривают резьбовые изгибы для внешних подключений. Другие торцы необходимо заглушить.
6. Производят окраску радиатора чёрной термостойкой краской в несколько слоёв.

При построении радиатора полипропиленовыми трубами, их паяют горизонтальными рядами с промежутком в 10см. На краях радиатора устанавливают резьбовые фитинги.

Полиэтиленовую можно свернуть спиралью (можно установить несколько таких бухт последовательно). На её концах также устанавливают фитинги для подключения внешних трубопроводов.

Изготовление металлического радиатора

Этапы сборки солнечного коллектора ↑

1. Сколотите из досок необходимый короб. Дно необходимо усилить брусом.
2. Затем на дно укладывается имеющийся теплоизоляционный слой (пенопласт или минвата). На него выкладываем лист железа.
3. Теперь устанавливаем радиатор и закрепляем его стальными хомутами.
4. Необходимо тщательно замазать все стыки и щели, все соединения герметизируются.

5. Далее трубы радиатора, а также металлический лист покрываем черной краской, а сам короб и емкость для воды – серебристой или белой.

6. Бак для воды необходимо поместить в теплоизолированную бочку. Для этого между ее стенками и баком укладывается теплоизоляционный материал.
7. Чтобы присутствовало постоянное необходимое давления можно купить в любом магазине сантехники аквакамеру с клапаном-поплавком.
8. Затем под крышей дома ставим аквакамеру и емкость для воды. Аквакамера должна быть расположена выше бака хотя бы на 1 м.
9. Солнечный коллектор будет лучше расположить на южной стороне и под углом 45°С к горизонту.
10. Теперь нужно соединить всю систему между собой: трубами ½ дюйма соединяется часть системы с высоким напором от аквакамеры и до водопроводного ввода. Трубами 1 дюйм соединяются низконапорные части. Количество труб будет зависеть от продолжительности вашего коллектора, Вам может понадобится до 18 (минимум 12) труб.
11. Чтобы не возникло воздушных пробок, система наполняется водой снизу радиатора. Сразу, как только система заполнится водой, из сливной трубки аквакамеры потечет вода.
12. Затем можно открыть трубу для заполнения емкости.
13. Нагревание воды происходит сразу же. Подогретая вода поднимается вверх. Холодная вода вытесняется и поступает в радиатор.
14. После использования части воды, поплавковый клапан придет в действие, и вода поступит в систему заново. Однако, смешивания воды не произойдет.

Чтобы избежать теплопотерь в ночное время, рекомендуется перекрывать бак.

Выбор материалов

Итак, определившись с концепцией будущего солнечного нагревателя для воды, перейдем к подбору материалов для теплообменника. Тут есть из чего выбирать, нагревательный контур можно сделать из:

• медной трубки – идеальный вариант;
• черных полимерных труб;
• секций плоских стальных радиаторов;
• алюминиевых трубок.

Сложнее всего определить теплообменную поверхность змеевика. Если вместо него взять стальные радиаторы, то долго думать не придется. Все равно больше 2 панелей в одном корпусе установить не получится, иначе конструкция будет слишком тяжелой. В остальных случаях солнечный водонагреватель, сделанный своими руками, надо рассчитывать экспериментальным путем. Солнечная активность в каждом регионе разная, также играет роль расположение дома и его ориентация в пространстве. Поэтому дать однозначные рекомендации о длине змеевика из такого-то материала затруднительно, ее надо определить индивидуально.

Для изготовления корпуса теплоприемника можно взять деревянные доски и лист фанеры, а вместо лицевой панели из стекла применить такой простой материал, как поликарбонат. Он прозрачен и достаточно прочен, разбить его не сможет даже сильный град.

Так что водонагреватель из поликарбоната выйдет ничем не хуже стеклянного. Что касается накопительного бака, то его можно смастерить из листового металла либо приобрести готовую пластмассовую или стальную емкость. Соединительные трубы проще всего поставить полимерные, например, из металлопластика.

Как сделать самодельный каталитический водонагреватель на даче

Каталитический нагреватель на даче подходит для тех, кто регулярно занимается выкашиванием своего участка и отправляет скошенную траву на компост. Известно, что гниющая трава в компостной куче сильно разогревается, иногда это даже приводит с самовозгоранию. Именно на этом факте и основано изобретение оригинального водонагревателя. По сути, для его создания требуется лишь сделать небольшой теплообменник. Этот агрегат лучше выполнить в виде плоского змеевика, который потом нужно положить в середину компостной кучи. В результате получится надежный источник теплой воды на 2-3 недели. Причем такой аппарат будет работать и днем и ночью независимо от погоды.

Спустя 2 недели мощность каталитического нагревателя заметно снизится, но к этому моменту наступит время снова скашивать траву, а значит, компостная куча вновь начнет свою «работу» по переработке топлива — и «реактор» запустится. При новом заполнении компоста свежескошенной травой нужно тщательно уплотнять кучу и обильно поливать ее теплой водой, чтобы началась химическая реакция.

В качестве аварийного варианта можно рядом с душевой кабиной установить обычную дровяную водонагревательную систему (описанную ранее). А еще лучше применять сочетание различных способов нагрева воды — водный, воздушный и с помощью компостной кучи. Это позволит обеспечить душевую кабину в дачный сезон постоянным источником горячей воды независимо от «капризов» погоды.

Типы солнечных коллекторов ↑

Относительно температуры, которую способны достигать солнечные коллекторы, они подразделяются на приборы:

Солнечная панель для обеспечения бытовых нужд в жилом доме

• низких температур (эти солнечные коллекторы не способны давать энергию значительной мощности. Максимальная температура воды на выходе не более 50 градусов. Поэтому такие устройства используются чаще всего для нагрева воды для бассейна и в прочих случаях)
• средних температур (эти солнечные коллекторы способны прогреть воду до 80 °С. Такая температура вполне подходит для отопления помещений)
• высоких температур (такие солнечные коллекторы невозможно сделать самостоятельно. Чаще всего они используются на различных промышленных предприятиях, генерирующих электричество)

Интегрированные коллекторы подразделяются:

• накопительные интегрированные коллекторы. В виду отсутствия насосов считаются намного экономичнее других вариантов. Способен нагреть воду и некоторое время поддерживать ее температуру. Представляют собой несколько заполненных водой емкостей, которые помещены в так называемый теплоизоляционный ящик с крышкой из стекла. Принцип работы прост – солнечные лучи, проходя через стекло, нагревают воду. Существенный минус подобного коллектора заключается в затруднительном использовании в зимний период – воду необходимо сливать из бака)
• плоские коллекторы. Являются самым популярным вариантом для применения в быту: отопления помещений, нагрева воды для бассейна и прочих нужд. Представляют собой металлический ящик с находящейся внутри черной пластиной. Она поглощает солнечные лучи через хорошо пропускающую их стеклянную крышку. Тепловоспринимающая пластина при попадании на нее солнечных лучей легко вырабатывает тепло. Стекло в этом случае выступает теплоизоляцией, а стенки коллектора прокладывают теплоизолятором, дабы повысить КПД.

Плоские коллекторы в свою очередь делятся на жидкостные (главным теплоносителем является жидкость, поэтому зимой их использование является невозможным) и воздушные коллекторы (стоят дешевле своих жидкостных собратьев. Подходят для использования зимой, не подтекают. Зачастую применяются для сушки агропродуктов).

Назначение солнечного коллектора — преобразовывать солнечную энергию в тепловую и передавать ее теплоносителю.

Существует также коллекторы—концентраторы, которые отличаются своей концентрацией солнечных лучей. Такая способность обусловлена зеркальной поверхностью, направляющей солнечный свет на специальные поглотители. Основной минус подобных коллекторов — это отсутствие работы в облачные и пасмурные дни. Именно по этой причине и используются исключительно в южных странах.

Изготовление короба

1. Для изготовления корпуса будущего водонагревателя собирают короб необходимого размера из приготовленных досок. Дно корпуса зашивают фанерой или OSB. Будет нелишним перед прикручиванием дополнительно посадить щит для дна на жидкий силиконовый или резиновый герметик. После сборки основания, все соединения и щели необходимо тщательно загерметизировать.
2. Внутреннюю часть корпуса оклеивают теплоотражателем (блестящей стороной к радиатору). Это позволит дополнительно избежать потерь тепла. Далее все поверхности защищают слоем минеральной ваты или пенополистирольными полосами.
3. Установленную теплоизоляцию закрывают сверху жестяными листами. Все щели промазывают герметиком.
4. Окрашивают внутреннюю поверхность корпуса черной термостойкой краской.
5. Из деревянных реек монтируют раму под остекление. Для этого нарезают рейки необходимого размера и соединяют их при помощи металлических уголков. Далее с обеих сторон рамы устанавливают стекло, предварительно промазав выбранную четверть реек жидким уплотнительным материалом.
6. Посредством мебельных петель прикручивают раму к основанию корпуса. Наклеивают на торцы досок полосы резинового уплотнителя.
7. Предварительно загрунтовав, окрашивают наружные поверхности корпуса водонагревателя масляной краской или эмалью черного цвета.

На этом сборку корпуса можно считать завершённой.

Радиаторы для солнечного коллектора

Установка и подключение накопительного водонагревателя на даче своими руками

Предлагаемая конструкция солнечного водонагревателя своими руками очень проста, и принцип ее работы основан на знании того, что температура в пленочном парнике на несколько градусов выше, чем на открытой местности. Поэтому, чтобы повысить температуру водонагревателя от солнечной энергии, можно поместить бочку с водой в подобный парник. Для установки такого накопительного водонагревателя на даче потребуется несколько деревянных брусков и немного полиэтиленовой пленки. Этот парник позволит существенно снизить воздействие ветра. Далее при подключении накопительного водонагревателя на даче нужно северную сторону бочки, которая никогда не освещается солнцем, оклеить эффективным утеплителем, чтобы она не отдавала тепло.

После этого необходимо приступить к обустройству самого солнечного коллектора. Его можно сделать воздушного или водяного типа. Воздушный коллектор выполняется очень просто. Сначала следует на южную стенку душевой кабины вертикально набить бруски шириной 5-10 см на расстоянии 50-60 см друг от друга. Стенку душа нужно с наружной стороны покрасить матовой черной краской, а затем завесить черными металлическими пластинами-жалюзи таким образом, чтобы воздух проникал сквозь них в стенку душевой кабины и в нагретом виде поднимался вверх. Сверху коллектора следует оборудовать воздуховод, который должен входить в «парник» с бочкой, и через него горячий воздух как раз и будет попадать из коллектора в парник. Снизу коллектор можно оставить открытым для конвекции воздуха, также нужно сделать вверху парника небольшое отверстие для этих же целей. На ночь это отверстие придется закрывать, чтобы сохранить внутреннее тепло и не дать бочке охладиться.

В данной конструкции облучаемая солнцем поверхность увеличивается до 3-4 м2, а количество получаемой энергии составляет 30 кВт в сутки. Это позволяет не просто нагревать воду в бочке, а доводить ее до кипятка. Поэтому для полноценного купания придется организовать отдельную подачу холодной воды в душевую кабину.

Дополнительно при установке накопительного водонагревателя своими руками можно утеплить всю бочку каким-нибудь теплоизолятором. При этом необходимо оставить небольшой зазор между утеплителем и бочкой. В это пространство затем нужно будет направить воздуховод из солнечного коллектора для притока горячего воздуха.

Изготовление солнечного водонагревателя

Процесс изготовления солнечного водонагревателя делится на несколько этапов. Сначала необходимо собрать светоулавливающее устройство, которое представляет собой короб с хорошей теплоизоляцией, остеклённый с одной стороны по всей своей площади. Для наиболее полного улавливания солнечного излучения, вся внутренняя поверхность короба имеет чёрное светопоглощающее покрытие.

В качестве теплообменника изготавливаем плоский радиатор, состоящий из металлических или пластиковых труб. Теплообменник также необходимо окрасить черной термостойкой краской или чернить химическим способом.  Далее производится установка радиатора в корпус, окончательная сборка и подключение к трубопроводу.

Солнечный водонагреватель можно сделать самостоятельно

Преимущества и недостатки пассивных и активных типов

Солнечные водонагреватели с самотечным передвижением теплоносителя называют пассивными. При выборе такого варианта следует учитывать проблему его размещения. Движение воды здесь происходит благодаря разнице плотности холодного и нагретого теплоносителя. Поэтому такая система должна предусматривать наличие накопительного бака и продуманную систему трубопровода. Такие гелиосистемы имеют низкую скорость накопления нагретой жидкости и это их основной недостаток. Но все плюсы от других гелиосистем в них присутствуют. Это низкое энергопотребление, отсутствие вредных испарений и выделений, экономическая целесообразность. Поэтому солнечные водонагреватели в случае применения элементов активизации потока жидкости становятся практически незаменимыми. Однако для этого требуются дополнительные источники энергии, их питающие, поэтому энергетически независимыми они не являются, в отличие от самотечных пассивных моделей.

3 Устройство и принцип действия

Жидкостный контур состоит из вертикально расположенных трубок. Они присоединяются к горизонтальному контуру с большим диаметром. Входные и выходные отверстия располагаются диагонально. Такая схема позволяет максимально эффективно отбирать тепло с теплообменника. Зачастую антифриз выступает основным теплоносителем. Но можно выбирать и другие незамерзающие вещества.

Короб утепляется изоляционными материалами

Такая конструкция создаёт эффект термоса, что позволяет уменьшить теплопотери от ветра, дождя и других погодных явлений.

Принцип работы следующий:

1. 1. Нагретый антифриз от солнечных лучей движется по трубкам и через ветку отбора попадает в аккумулирующую ёмкость.
2. 2. Когда жидкость движется по теплообменнику, она передаёт тепло воде.
3. 3. После охлаждения антифриз снова попадает в нижнюю часть контура для повторного нагрева.
4. 4. Горячая вода поднимается в верхнюю часть ёмкости и отбирается для использования в различных направлениях (отопление дома, горячее водоснабжение и тому подобное). В ёмкости теплообмена пополнение количества воды происходит за счёт подключённого водопровода.
5. 5. Если система используется для отопления дома, то для движения воды в замкнутом контуре применяется циркуляционный насос.

Опубликовано 02.06.2020 Обновлено 13.06.2020 Пользователем admin