Преимущества солнечных коллекторов для отопления дома

Тепловые насосы черпают энергию из грунта, воды или воздуха, согретых солнцем. Котлы используют тепло, высвобождающееся при сгорании топлива, которое в конечном итоге тоже является продуктом преобразования солнечной энергии в ходе длительной эволюции Земли. Гелиоколлекторы в некотором смысле уникальны: они получают энергию непосредственно от солнца.

По конструкции все солнечные коллекторы для отопления делятся на две основные группы: плоские и трубчатые.

Плоские коллекторы – это панели, поглощающие энергию солнца. Они покрыты закаленным стеклом, бывает также и поликарбонатное покрытие. На слое адсорбера черного цвета, поглощающего энергию солнца, проложены трубки, по которым циркулирует теплоноситель.

Летом такая установка работает с высокой производительностью, но при низких температурах плоский коллектор имеет большие теплопотери. Специалисты считают, что их лучше использовать в южных регионах.

Процесс монтажа плоского коллектора на крышу дома осложняется тем, что он прикрепляется лишь в собранном виде. Ремонтопригодность такого устройства невысока. Если что-то отказало, то чаще всего менять приходится всю панель.

Лишены этих недостатков трубчатые коллекторы (их еще называют вакуумными). В них также по трубкам идет теплоноситель, а конструкция самих этих трубок походит на термос. Между двумя слоями трубки создан вакуум, а внутри – проходит медный стержень, который сохраняет тепловую энергию. Кроме того, там содержится жидкость, которая, нагреваясь, переходит в газ и поступает в конденсатор, где нагревается теплоноситель.

Вода забирает тепловую энергию, при этом температура уменьшается, и газ снова конденсируется, затем процесс повторяется.

Трубчатый коллектор вполне может использоваться в регионах с пониженными температурами – это еще одно его отличие от плоского солнечного коллектора. Секции его легко установить, а поврежденную трубку без труда можно заменить. Правда, один минус: при снегопаде вручную придется очищать устройство от снега.

Обычно солнечные коллекторы осуществляют начальный нагрев теплоносителя и включаются в имеющуюся систему дома. При достаточной температуре воды система отопления будет работать на солнечной энергии, а если вода нагревается недостаточно, включается другой источник.

Как работают солнечные коллекторы

Гелиоколлектор – это функциональная конструкция, используемая для получения энергии. Ее фоточувствительные элементы поглощают свет для нагрева жидкости или воздуха внутри трубок.

Принцип работы солнечного коллектора (СК): лучи солнца нагревают пластины черного цвета, и энергия аккумулируется для бытовых нужд. Способ ее получения – экологически чистый и экономичный.

Выделяют следующие виды бытовых коллекторов:

  • плоские;
  • вакуумные;
  • воздушные.

Расскажем подробнее о каждом из этих типов ниже.

Плоские

Популярные и бюджетные по расценкам устройства. Состоят из плоскостной светочувствительной пластины, соединенной с теплопроводящими трубами, стеклянного покрытия, теплоизоляции и металлической рамы. Пластина поглощает солнечный свет и аккумулирует тепловую энергию, которая нагревает жидкость-теплоноситель. В отличие от других типов, теряют много поглощенного тепла. Неэффективны в пасмурную погоду. Повышенная влажность плохо сказывается на конструктивных деталях.

Вакуумные

Выделяют 2 типа вакуумных коллекторов: прямоточные и с косвенной передачей тепла. Первые применяются в теплое время года, вторые – всесезонно. В основе конструкции – вакуумная система трубок с металлическим стержнем внутри, в котором находится жидкость-теплоноситель. Такая установка работает по принципу термоса. Характеризуется оптимальным КПД.

Воздушные

По принципу работы похожи на плоские. Но в воздушных коллекторах в качестве теплоносителя используют воздух. Устанавливают для отопления домов. Прогретый воздух заполняет помещение при помощи воздуховодов и вентилятора.

Тип устройства выбирают, ориентируясь на цель использования. Конструкции подходят для дачных участков, коттеджей, деревенских домов и дуплексов.

Как сделать солнечный коллектор своими руками — Сообщество «Сделай Сам» на DRIVE2

Солнечный водонагреватель (коллектор)

Солнечный водонагреватель (коллектор) — незаменимый помощник в домашнем хозяйстве.

Коллектор нужного размера и конструкции способен обеспечивать горячей водой семью из нескольких человек, экономя при этом сотни — тысячи рублей, которые тратятся на электричество и другие виды энергоресурсов.

Если на вашей даче еще нет электричества и газа, и нагрев воды представляет определенную трудность, предлагаю сделать солнечный водонагреватель для душа и мытья посуды из материалов которые зачастую можно найти на свалке…

  • Для начала необходимо отыскать неисправный холодильник, а именно портебуется его змеевик, который закреплен на задней стенке.

После того как змеевик демонтирован, его необходимо промыть струей воды, чтобы избавиться от старого фреона.

снят

Запасаемся рейками, которые нам в будущем понадобятся для изготовления каркаса.

Нашелся старый резиновый коврик, который зачастую подстилают под дверь.

Стекло, так-же не обязательно покупать. Его можно демонтировать из старого окна, которые обычно выбрасывают на мусорку, при замене на пластиковые окна.

Поскольку наш резиновый коврик оказался великоватым, было принято решение его подрезать, в размер будущего каркаса.

Из реек сбиваем каркас, таким образом чтобы змеевик свободно помещался между реек

Примеряем змеевик и резиновый коврик к каркасу. Отмечаем место крепления нижней рейки каркаса и места пропилов для выхода трубок.

Устанавливаем нижнюю рейку каркаса, расстилаем фольгу между резиновым ковриком и каркасом.

С обратной стороны каркаса, набиваем рейки для придания жесткости конструкции.

Скотчем тщательно проклеиваем все щели между каркасом и фольгой. Это необходимо для того чтобы более прохладный внешний воздух не попадал внутрь коллектора.

Для подвода воды к змеевику, была приобретена ПВХ трубка.

Читайте также:  Накопительный водонагреватель какой фирмы лучше?

без стекла

Накрываем нашу конструкцию стеклом и проклеиваем по периметру скотчем.

Самодельный солнечный коллектор готов. Для наилучшего нагрева солнечные лучи должны падать на поверхность коллектора под прямым углом. Поэтому завершает работу крепление опорных элементов конструкции.

Чтобы стекло от жары не поехало, внизу необходимо вкрутить парочку шурупов, которые будут служить осталось прикрепить бак для аккумулирования горячей воды.

Циркуляция происходит только вследствие естественной конвекции. При нагреве вода в коллекторе расширяется, становится менее плотной, поднимается вверх по коллектору и через трубу поступает в верхнюю часть бака-аккумулятора. В результате более прохладная вода у днища бака вытесняется и перетекает по другой трубе в нижнюю часть коллектора.

Эта вода в свою очередь нагревается и поднимается в светит солнце, вода будет постоянно циркулировать по этому контуру, все более нагреваясь.

Вследствие того, что бак приподнят над коллектором, эффект опрокидывания циркуляции в результате ночного охлаждения теплоносителя в коллекторе сводится на нет, так как холодная вода просто скапливается в нижней точке системы (на дне коллектора), в то время как теплая вода остается в баке.

  1. Такая простенькая конструкция солнечного коллектора, способна нагреть воду в солнечный день, до 70 градусов.
  2. Взято с сайта САМОДЕЛКА.

Шаг 4: Вырезаем вентиляционные отверстия

Делаем вентиляционные отверстия так:

  • Используя молоток и отвертку, пробейте дырки в тех местах, где будут находиться вентиляционные отверстия. Отверстия должны располагаться по центру корпуса светильника в верхней и нижней его частях.
  • Вырежьте квадратные отверстия ножницами по металлу. Верхнее, в которое будет устанавливаться вентилятор, должно быть немного меньше самого вентилятора, чтобы вентилятор можно было закрепить с помощью саморезов. Наденьте защитные перчатки, чтобы защитить руки от порезов.
  • Обработайте края прорезанного отверстия, чтобы удалить острые края и заусенцы.

Классификация коллекторов

В настоящее время есть два вида данных устройств. Один из них является плоским и состоит из абсорбера и термоизоляции. Такой коллектор выполнен из призматического стекла, способного пропускать на 25 процентов больше солнечных лучей. Покрытие панели поглощает почти 95 % поступающего солнечного излучения. Эффективность трансформации которого в тепловую энергию обеспечивается применением медного абсорбера.

Виды коллекторов для отопления

Плоские коллекторы отличаются большой площадью, достигая максимальной мощности при полном солнечном излучении. Благодаря прогрессивным материалам, которые используются при их изготовлении, срок службы панелей при сохранении постоянных параметров довольно продолжительный. Все модели подобного типа имеют раму, выполненную из анодированного алюминия, и медный абсорбер, поверхность которого имеет высокую способность поглощения солнечного излучения.

Устройство трубчатого вида

Некоторые плоские коллекторы могут быть встроенными в крышу здания и органично вписываться в ее конструкцию. Устройство обычно применяется для:

  • Нагрева воды, используемой в быту;
  • Подогрева бассейна;
  • Отопления помещений.

Солнечные коллекторы, применяемые для отопления дома, в виде стеклянных вакуумных труб работают по принципу термоса.

Между трубками разного диаметра находится вакуум, выполняющий роль термоизоляции. Солнечные лучи падают на абсорбционный слой внутренней емкости. Полученное таким образом тепло по пластинам из алюминия поступает в медные трубки, в которых и происходит нагревание теплоносителя.

Такое конструкционное решение дает возможность избежать больших теплопотерь и извлекать тепло даже при сплошной облачности или низких температурах воздуха. Таким образом, отопление дома вакуумными солнечными коллекторами возможно не только летом, но и зимой.

Преимущества использования данных устройств

Широкий спектр применения оборудования, от получения горячей воды и отопления дома, до оптимизации основных параметров имеющихся систем, обусловил рост популярности солнечных панелей. Оборудование выгодно устанавливать по нескольким причинам:

  1. Это полностью автономный источник энергии;
  2. Уменьшение нагрузки на существующую отопительную систему и увеличение ее срока службы:
  3. Возможность интеграции в любую сеть;
  4. Сокращение расходов на оплату электричества.

Современные гелиосистемы отличаются долговечностью, они надежны и экологически чистые. Единственным существенным недостатком можно считать то, что устанавливать оборудование должны специалисты, сэкономить на монтаже, выполнив все работы самостоятельно, не получится.

Советы профессионалов

Солнечный коллектор для отопления, на который цена довольно высока, должен работать максимально эффективно, что возможно только при его правильной установке. Все тонкости монтажа оборудования, которые должны быть учтены, может знать только профессионал, обладающий, как определенными знаниями, так и высокой квалификацией.

Настоящий эксперт не только определит под каким углом следует установить устройство, но и осуществит запуск всей системы. Даже перед приобретением гелиосистемы следует проконсультироваться у специалиста по поводу целесообразности ее применения в конкретном случае и выбора вида коллекторов. В этом случае не следует испытывать судьбу, а лучше обратиться в надежную фирму.

Самодельный солнечный коллектор из радиатора

Для создания солнечного коллектора были задействованы следующие материалы:

1) Старые плоские радиаторы отопления в количестве двух штук.2) листы металла или жести3) метало-пластиковые трубы4) краны5) фитинги6) стекла оконные7) две бочки емкостью в 160 литров

Рассмотрим основные этапы создания солнечного коллектора на базе старого радиатора отопления.

Для начала необходимо познакомиться с основным принципом работы данной модели водонагревателя. Вода подается в бак через кран, что позволяет регулировать уровень воды в баке.

После нагрева горячая вода напрямую без краника спускается в ванну, так как вода в баке находится не под давлением. Таким образом горячая вода сама стекает в ванну при открытии крана.

Так же в целях естественной циркуляции воды трубы ее подвода от бака-накопителя установлены под углом, в сторону радиаторов.

Благодаря тому, что трубка, по которой поступает нагретая вода в бак была подключена чуть выше середины бака, самая нагретая и горячая вода скапливается всегда вверху бака-накопителя.

Таким образом в летнее время, когда средняя температура воздуха в тени равна 25+ градусам, вода в баке за день может нагреться до 50-60 градусов.

Для этого бочка была обернута минеральной ватой и фольгой, после чего бак-накопитель стал своего рода большим термосом.

Читайте также:  Эксплуатация и обслуживание теплообменников

Теперь о конструкции самой системы нагрева воды. Два плоских радиатора были помещены на крышу дома автора.

Для удобства крепления были сделаны два металлических короба их жести и листов металла, в которые радиаторы и были помещены. Сверху радиаторы в коробах были закрыты стеклом для защиты от ветра и грязи.

Верх радиаторов установленных на крыше находится ниже уровня бака-накопителя, поэтому нагретая на солнце вода естественным путем поступает в бак. Как и полагается трубки подвода воды от бака сделаны с уклоном вниз в сторону радиаторов.

Тут видно фотографии изготовления металлических коробов для радиаторов :

Вот так был размещен радиатор в самом коробе:

Поэтому стоит предусмотреть специальные дренажные краны внизу радиатора. Лучшая возможность слить воду с бака-накопителя, это перекрыть насосную станцию, а затем открыть кран подачи холодной воды. Таким образом вся находящаяся вода в баке стечет сама. В случае, если вы не сольете воду из солнечного коллектора на зиму, то в морозы конструкция деформируется и придет в негодность. Хотя сам коллектор и сделан из достаточно дешевых материалов, но при должном обслуживании сможет проработать достаточно долгое время.

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Расположение солнечных коллекторов

Эффективность гелиоколлектора напрямую зависит от количества солнечного света, попадающего на адсорбер. Из этого следует, что коллектор должен располагаться на открытом пространстве, куда никогда (или, по крайней мере, максимально долго) не падает тень от соседних зданий, деревьев, расположенных вблизи гор и т. д.

Большое значение имеет не только расположение коллектора, но и его ориентация. Самой «солнечной» стороной в нашем северном полушарии является южная, а значит, в идеале «зеркала» коллектора должны быть развернуты строго на юг. Если технически сделать этого невозможно, то следует выбрать направление, максимально приближенное к южному, – юго-запад или юго-восток.

Не следует выпускать из внимания и такой параметр, как угол наклона гелиоколлектора. Величина угла зависит от отклонения положения Солнца от зенита, которое в свою очередь определяется географической широтой той местности, в которой будет эксплуатироваться оборудование. Если угол наклона будет выставлен неправильно, то существенно возрастут оптические потери энергии, поскольку значительная часть солнечного света будет отражаться от стекла коллектора и, следовательно, не достигнет абсорбера.

Проект системы отопления на коллекторах

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

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

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

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

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

Коллекторы бывают двух видов: вакуумные и плоские.

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

Принцип работы солнечного коллектора

Проект системы отопления на коллекторах

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

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

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

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

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

Проект системы отопления на коллекторах

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

Коллектор из поликарбоната

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

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

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

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

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

Разнообразие установок

Прежде чем приступать к созданию своими руками гелиосистемы отопления для дачи и дома, нужно выяснить, какие батареи вообще существуют. На сегодняшний солнечный коллектор бывают следующих видов:

  • вакуумный. В конструкции такой батареи между оболочкой агрегата и телом нагрева присутствует вакуум. С помощью такого приспособления можно подогреть воду до 300 градусов. Минусом здесь является невозможность проводить самостоятельную чистку от снега и инея;
Читайте также:  Причины и основные неисправности стиральных машин и пути их устранения

Вакуумный коллектор

  • плоский. Внешне такой коллектор имеет вид прозрачной внешней панели. Внутри солнечной батареи такого типа размещаются трубки, а задняя часть оснащена теплоизолятором. Теплопотери здесь больше, однако конструкция легко собирается своими руками. Кроме того ее можно самостоятельно очищать от намерзшего снега и льда. Нагревает воду до 200 оС. К минусам следует отнести наличие большой нагрузки на фиксаторы устройства при сильном ветре, так как батарея имеет плохообтекаемую форму;

Плоский коллектор

  • воздушный. В качестве носителя тепла здесь выступает воздух. Такие батареи легко можно сделать своими руками. Но основным минусом здесь является невозможность использовать устройство для нагрева воды, а также низкий КПД прибора;

Воздушный коллектор

  • трубчатый. Агрегат такого типа состоит из четырех трубок, заполненных базовым теплоносителем. Его циркуляция осуществляется за счет разницы температуры батареи с ее нижней зоной. Для таких приборов характерна большая плоскость поверхности;

Трубчатый коллектор

  • подвижная система, применяемая для обогрева дома солнечной энергией. Это специально разработанные установки, которые могут поворачиваться за движением солнца. На сегодняшний день существуют различные модели, способные на поворот различных своих частей.

Подвижные солнечные батареи

Несмотря на различное строение, принцип функционирования солнечных коллекторов будет практически идентичным.

Самодельные конструкции

Коллектор имеет существенный недостаток – высокая стоимость.

Поэтому многие «самоделкины» собирают своими руками различные варианты коллекторов, сообразуясь со своим кошельком и наличием комплектующих.

Есть два варианта такого пути:

Схема коллектора на 3 петли может быть реализована следующим образом:

Сначала следует собрать трубы коллектора — обратки и теплоносителя, питающего тепловые контуры. Для этого используют по одной гребенке на 3 канала или по 3 однопетельных узла на каждый обратки комплектуется датчиком протока или расходомером и установленным встречно узлом подключения рукавов подвода обратки по каждой петле.

Однопетлевые коллекторы соединяются резьбовыми элементами в гребенку. Каждая петля теплоносителя содержит теплодатчик с исполнительным механизмом и узел подключения магистрали питания теплового контура.К одному концу коллекторов подключены воздухоотводчики, а с другой – к трубам коллектора подключен насос перекачки теплоносителя, и дополнительно к этой точке подключается термостатический вентиль или сервопривод, который время от времени пополняет смеситель горячей в сборе крепится к стене, проверяется на работоспособность и подключается к тепловым контурам. После этого проводится окончательный монтаж и настройка всей системы.

Здесь приведен простейший работающий вариант коллектора для теплого пола доступный широкому кругу мастеров самоделок. Возможности реальных коллекторов часто расширяют, подключая более сложные системы регулирования и учета.

Например, подключают счетчики тепла, дополнительные измерители температуры и многое другое, кто во что горазд – на то и существуют самодельщики-изобретатели, чтобы что-нибудь «собрать самому».

Если самодельный коллектор будет спаян из полипропиленовых труб, то необходимо пополнить арсенал своих инструментов специальным паяльником для сварки деталей из этого полимера.

При сборке способом сварки размер каждого однопетельного узла увеличивается за счет швов, а если тепловых контуров больше 3, то весь коллектор становится громоздким, и его установка становится проблематичной. В остальном схема пластикового коллектора и его настройка ничем не отличается от описанного ранее.

Ну, вот и пришло время заканчивать статью. Весь материал, которым я хотела поделиться – рассмотрен. Надеюсь, он Вам будет полезен, и вы будете им пользоваться при необходимости установить коллектор для теплого пола своими руками Совершенствуйтесь в собственных практических навыках и получайте все новые знания, как говорят: «Учиться никогда не поздно!» На этом все, спасибо за внимания, удачного и легкого ремонта!

Как посчитать необходимую мощность коллектора

При расчете необходимой мощности солнечного коллектора очень часто ошибочно производят вычисления, исходя из поступающей солнечной энергии в самые холодные месяцы года.

Дело в том, что в остальные месяцы года вся система будет постоянно перегреваться. Температура теплоносителя летом на выходе из солнечного коллектора может достигать 200°С при нагреве пара или газа, 120°С антифриза, 150°С воды. Если теплоноситель закипит, он частично испариться. В результате его придется заменить.

  • обеспечение горячего водоснабжения не более 70%;
  • обеспечение отопительной системы не более 30%.

Остальное необходимое тепло должно вырабатывать стандартное отопительное оборудование. Тем не менее при таких показателях в год экономится в среднем около 40% на отоплении и горячем водоснабжении.

Мощность вырабатываемая одной трубкой вакуумной системы зависит от географического местоположения. Показатель солнечной энергии падающей в год на 1 м2 земли называется инсоляцией. Зная длину и диаметр трубки, можно высчитать апертуру – эффективную площадь поглощения. Остается применить коэффициенты абсорбции и эмиссии для вычисления мощности одной трубки в год.

Пример расчета:

Стандартная длина трубки составляет 1800 мм, эффективная — 1600 мм. Диаметр 58 мм. Апертура – затененный участок создаваемый трубкой. Таким образом площадь прямоугольника тени составит:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928м2

КПД средней трубки составляет 80%, солнечная инсоляция для Москвы составляет около 1170 кВт*ч/м2 в год. Таким образом одна трубка выработает в год:

W = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86кВт*ч

Необходимо отметить, что это очень приблизительный расчет. Количество вырабатываемой энергии зависит от ориентирования установки, угла, среднегодовой температуры и т.д. опубликовано