Сборка солнечного коллектора для отопления своими руками. Вакуумный солнечный коллектор своими руками Как сделать самому солнечный коллектор

Альтернативные источники энергии с каждым годом получают всё большее распространение. Это и не удивительно, ведь человечество стремится максимально эффективно использовать имеющиеся в наличии ресурсы и при этом не наносить вред окружающей среде.

Внимание ! Самым перспективным источником энергии считается солнце.

Именно поэтому всё больше людей задумывается о том, как сделать солнечный коллектор для отопления дома своими руками. Во многом это вызвано открытостью и доступностью данной технологии для широких масс.

Дело в том, что каких-то 20 лет назад о подобном нельзя было даже подумать. Но быстрое развитие технологий подтолкнуло промышленность к оптимизации существующего производства и созданию систем, которые по силам сделать каждому.

Главный плюс солнечной энергии заключается в её бесконечности. Мало того, специальные приспособления позволяют получать достаточно тепла даже в зимний период. Подобного эффекта можно достигнуть, если сделать самодельный солнечный коллектор для отопления дома на вакуумной основе. Но подобная конструкция довольно сложна и требует дорогостоящих материалов.

Виды систем

Перед тем как перейти к созданию самодельного солнечного коллектора, работающего за счёт солнечной энергии необходимо рассмотреть основные виды конструкций, который нашли широкое распространение в системах отопления домов:

Как видите, существует множество видов солнечных коллекторов, которые позволяют обеспечить стабильное отопление дома. Но далеко не все из них можно сделать своими руками. Конечно, в теории это возможно, но в таком случае необходимы специальные знания и дорогостоящие материалы.

Принцип работы

Перед тем как приступать к постройке самодельного солнечного коллектора для отопления дома не помешает разобраться за счёт чего он способен эффективно нагревать воду. Условно устройство можно поделить на три составных части:

• аккумулятор,
• световой улавливатель,
• теплоноситель.

Задача аккумулятора самодельного солнечного коллектора для отопления дома преобразовывать солнечную энергию. В вакуумных конструкциях действует принцип термоса.

Обычно в качестве теплоносителя используется вода. Но для большей эффективности лучше залить внутрь самодельного солнечного коллектора для отопления дома антифриз. Также если вы хотите использовать его и зимой, необходимы дополнительные теплообменники, два контура и большая площадь пластин.

Как сделать солнечный коллектор из старого холодильника

Подготовка

В первую очередь для создания данной системы отопления вам понадобится найти старый холодильник со змеевиком. Потом вам нужно его извлечь. Если же старого холодильника под рукой нет, то змеевик можно сделать своими руками из медных или стальных трубок.

Для создания полноценного самодельного коллектора вам также понадобятся такие материалы:

• коврик из резины,
• фольга,
• рейка,
• стекло.

Также понадобится ёмкость для воды. Лучше всего использовать бочку достаточной для вашей системы ёмкости. Также нельзя упускать из вида трубы для слива и подачи.

Внимание ! Подберите для конструкции надёжные и удобные вентили.

С помощью всех этих нехитрых материалов, которые можно добыть в гараже, вы сделаете надёжный самодельный солнечный коллектор для отопления дома. Он сможет обеспечить необходимую вам температуру внутри помещения.

Делаем коллектор

Чтобы сделать самодельное отопление необходимо чётко следовать инструкции. Это позволит получить ожидаемый результат с наименьшими трудозатратами. Алгоритм создания конструкции состоит из следующих действий:

1. Промойте змеевик. Внутри конструкции не должно остаться антифриза.
2. Вокруг самодельного змеевика соорудите каркас. Его основой могут выступить обычные рейки. Габариты конструкции напрямую зависят от параметров устройства.
3. Коврик должен соответствовать, сделанному вами каркасу. Очень важно, чтобы змеевик был установлен не впритык, а имел некоторое пространство для работы.
4. На резиновый коврик необходимо положить фольгу.
5. После того как фольга будет положена самодельный змеевик фиксируется посредством хомутов. Их можно добыть с того же холодильника.
6. Закрепить хомуты лучше всего посредством винтов.
7. В самодельной конструкции необходимо сделать несколько отверстий. Через них будут выходить трубки змеевика
8. Крайне важно укрепить дно. С этой задачей идеально справятся рейки. Лучше всего их зафиксировать с обратной стороны.
9. Установите сверху стекло. В качество исходного материала можно использовать старое окно. В крайнем случае его можно приобрести в строительном магазине.
10. Для фиксации стекла подойдёт обычный скотч. Для большей надёжности периметр можно укрепить парочкой шурупов.

Теперь самодельный солнечный коллектор сделан. Как результат вы получаете полноценное отопление дома, позволяющее вам самостоятельно регулировать температуру внутри. Главным его достоинством является высокая степень автономности.

Но чтобы собранная самодельная конструкция для отопления дома показала достаточную эффективность, её ещё необходимо правильно установить. Панель должна быть обращена к югу. Нормальным считается наклон в 15-20 градусов.

Внимание ! Идеальным считается угол наклона, составляющий 35 градусов.

Относительно места установки. Идеально для самодельной конструкции подходит крыша дома. Но возможны и альтернативы, к примеру, панели можно установить на участке. Но эффективность такого отопления будет намного ниже.

Если же вы решите установить самодельный коллектор во дворе дома, то необходимо позаботиться о наклонных опорах. В противном случае отопление будет неэффективным. Угол не менее чем в 15 градусов нужен для того, чтобы на стекле не скапливались осадки. Из-за них происходит преломление света, и устройство хуже работает.

Итоги

Создать самодельный солнечный коллектор не так-то уж и сложно. Несмотря на это он позволяет обеспечить отопление дома даже в зимний период при условии внесения некоторых технических модификаций в основное устройство.

Описанная ниже конструкция — термосифонный солнечный коллектор, основан на медной трубе и алюминиевом оребрении. Медное оребрение имеет немного более эффективную теплоотдачу, но стоимость медных листов увеличивает цену коллектора в 3-4 раза. Пайка ребер к трубам -тоже непростая задача. Производительность способа переноса тепла от алюминиевых пластин медным трубам заключается в обеспечении хорошего теплового контакта. Как это реализуется — читайте ниже. По ссылке доступны данного прототипа.

Какова цель самодельной термосифонной системы:

• Производительность, близкая к коммерческим коллекторам.
• Низкая стоимость (до 1/4 от цены за покупную систему).
• Длительный срок службы.
• Легкость исполнения своими руками из доступных каждому материалов.

Солнце нагревает воду, снижает ее плотность и вода поднимается в резервуар. Нагретая вода выходит из коллектора, ее постепенно замещает холодная, подающаяся естественной циркуляцией из резервуара в коллектор через нижнее соединение. Насос в данной конструкции не нужен. Контроль осуществляется автоматически, так как движение воды останавливается, как только коллектор остывает ниже температуры накопительного бака. Принцип термосифона подробно рассмотрен в статье.

Этот вариант термосифонного коллектора не предусматривает использование при минусовых температурах, поэтому при первых заморозках систему необходимо сливать.

В качестве примера взяты два прототипа коллектора одинаковой конфигурации, поэтому фото могут отличаться в некоторых несущественных деталях.

Термосифонная система своими руками

Из чего собран термосифонный солнечный коллектор:

• Гофрированный поликарбонатный лист SunTuf.
• Рама из пиломатериалов.
• Фанера или ОСБ для основы.
• Жесткая теплоизоляция (теплоизолятор может быть любым, от этого будут зависеть «слои» подложки — с жесткой изоляцией в данной конструкцией заднюю часть коллектора больше ничем не закрывали).
• Алюминий листовой для абсорбера 0,5 мм.
• Трубы медные.
• Фитинги медные.
• Термостойкий силикон.
• Винты, краска, волнистые рейки для крепления поликарбоната (их можно изготовить из досок лобзиком).

Данная конструкция термосифонного солнечного коллектора основывается на алюминиевом абсорбере. Ребра увеличивают площадь передачи тепла от пластины к трубе и имеют паз по форме этой трубы.

2 способа сделать абсорбер медной трубы из алюминия

Использование листового алюминия в связке с медными трубами очень часто используется канадцами, американцами, австралийцами. У нас же это непопулярное решение (насколько мне известно). Кто-то занимается , кто-то просто красит трубы.

Приспособление для гибки листового алюминия изготавливается из фанеры 19 мм толщиной и длиной около метра, в которой есть канавка квадратной формы 16Х16 мм. Для формирования углубления под трубу взят стальной стержень диаметром 16 мм (труба в большинстве коллекторов берется полдюймовая).

«Гнездо» для формовки алюминия сделано из двух брусков фанеры 16 мм, так приклеенных и привинченных к основе, чтобы образовать квадратную канавку. Листовой алюминий некоторых брендов уже имеет небольшой сгиб ровно по середине листа, а если его нет — нужно быть более внимательным при гибке.

Метод прессования молотком кажется неубедительным на первый взгляд, но на практике прекрасно работает. Процесс гибки алюминия с помощью прута и кувалды понятен из фото: положите металл на фанеру точно над пазом, установите стержень, придерживайте его и без сверхусилий бейте вертикально поставленным молотком по конструкции. Такой способ не дает ребрам загибаться вверх.

Как только вы «набьете руку», гибка одного абсорбера будет занимать не более 20 секунд.

Не забывайте проверять плотность прилегания абсорбера к трубе.

Фанерку для гибки всегда можно усовершенствовать держателями для стержня, ограничителем по одной стороне для того, чтобы лист алюминия не скользил по фанере.

Не стоит делать слишком длинные ребра, так как медь и алюминий расширяются с разной скоростью и короткие ребра (60-70 см) справятся с этим лучше. Ребра необходимо выровнять, опрессовать.

Существует способ полностью обернуть трубу алюминием. Пошаговые фото этого процесса смотрите ниже.

Этот метод позволяет добиться полного контакта абсорбера с медной трубой, что улучшает производительность коллектора, но и усложняет процесс создания абсорбера.

Конечно, описанные здесь способы не предел фантазии. Во время подготовки статьи мне встречались и высокотехнологичные для домашнего использования решения, такие как эти:

Как выровнять алюминиевые ребра абсорбера

Вероятно, можно придумать множество вариантов, как выровнять абсорбер после гибки. В данном случае автор конструкции соорудил пресс, который вы видите на фото. Ему нужно было обработать много алюминия для теплого пола и этот пресс работал быстрее и аккуратнее способа с молотком.

Пресс продавливает алюминий закрепленным стальным стержнем. Эта конструкция вполне сносно работает благодаря длинным рычагам, увеличивающим массу тела.

Даже если оребрение идеально совпадает с формой трубы, силикон обязательно нужен для оптимизации сцепления между металлами.

Как оптимизировать сцепление между металлами

В канавку наносится тонкий слой термостойкого силикона. Силикон обладает теплопроводностью в 10 раз большей, чем воздух, поэтому даже при очень хорошем сцеплении он не помешает. Помимо теплопроводности, силикон уменьшает риск гальванической коррозии путем герметизации от возможной влаги. Более подробно про улучшение сцепления между абсорбером я расскажу в следующей статье.

Укладка дополнительной полосы алюминия под трубу

В некоторых прототипах коллекторов ставят еще одну пластину алюминия под каждой медной трубой. Это дополнительная зона контакта между медью и абсорбером, помогающая избежать потери тепла на внешнем крае ребра. Про эффективность алюминиевого абсорбера готовлю отдельный материал.

Изготовление труб для коллектора

Размер коллектора должен быть таким, чтобы как можно меньше осталось отходов от резки медной трубы:). На фото размер фанеры 238Х117 см (перевожу дюймы в сантиметры, поэтому цифры выглядят немного странно). Параметры основы напрямую зависят от размера материала, который накроет коллектор (стекло или поликарбонат).

Так будет выглядеть медная решетка. Вода будет поступать в нижнем правом углу, проходить весь путь и выходить в верхнем левом.

Вырезаем трубы нужной длины. После резки необходимо зачистить места среза, особенно с внутренней стороны. На специальном инструменте для резки труб предусмотрено лезвие для этого. На фото очистка переходников и труб от остатков резки.

Примеряем алюминиевые ребра, подгоняем до идеального соприкосновения между отдельными деталями абсорбера. Режем отрезки трубы под соединения. Напоминаю, все замеры должны быть идеальными — расстояние между трубами должно равняться ширине ребер абсорберов.

Первый стояк получает Т-образный фитинг (на прием воды), а последний стояк получает коленчатое соединение. На другом конце коллектора колено идет к первой трубе, а тройник к последней (выход горячей воды). Такая обвязка обеспечивает примерно одинаковую циркуляцию.

Припаиваем все детали решетки.

После того, как решетка остынет, ее нужно будет тщательно отмыть от флюса жидкостью для мытья посуды.

Спаянные трубы должны пройти испытание на герметичность. На фото показан простейший способ, который прекрасно работает. Необходимо закрыть выпускное отверстие в нижнем конце и медленно наполнить сетку водой. Если у вас есть возможность использовать небольшое давление, то это вообще отлично.

Как сделать раму для солнечного коллектора

Рама должна иметь такой размер, чтобы в нее стала фанера с абсорбером. Углы скреплены шурупами и клеем. Рама в данном случае была загрунтована и покрашена эпоксидной краской.

Установка трубной сетки

Прижимаем трубы к фанере, добавляем фитинги к подаче и обратке. В данной конструкции выходы предусмотрены в заднюю часть коллектора. Можно припаять впускной и выпускной клапан сразу.

Прокладываем полосы алюминия под трубы. Выше я уже обращал внимание, зачем это делается. Полоса силикона заполняет пустоты между трубой и пластиной. Далее наносим силикон на всю пластину.

Силикон остается гибким при тех температурах, в которых придется работать коллектору. Это очень хороший способ сохранения и передачи тепла от абсорбера к решетке. В продаже есть термостойкие силиконы с наполнителями, увеличивающими теплопроводность.

Установка абсорберов

В канавку ребра наносим полоской герметик. Слой должен быть очень тонким. Плотно прибиваем ребра к фанере с помощью степлера скобами из нержавеющей стали. В одном из прототипов используются шурупы.

Установка алюминиевого абсорбера
Закрепление оребрения степлером

На абсорбер необходимо нанести . В гаражных условиях очень удобно воспользоваться краской для каминов и барбекю, в продаже есть и селективные краски для коллекторов.

Нужно очистить поверхность алюминия и меди от герметика и других загрязнений с помощью ацетона или другого подходящего растворителя. Абсорбер должен быть абсолютно сухим перед покраской.

Установка изоляции на солнечный коллектор

В данном случае используется жесткая изоляционная плита. Полистирол брать нежелательно из-за высоких температур. На фото изоляция приклеивается полиуретановой пеной. На плиту обязательно нужно установить груз, так как пена будет пытаться расшириться.

Вовсе не обязательно использовать поликарбонат, как в данном случае. Но именно гофрированный поликарбонат наиболее популярен в самоделках у американцев. Он обеспечивает высокую теплопередачу, прочный и гибкий, фильтрует ультрафиолет (так утверждает автор прототипа, но встречавшийся мне ПК был УФ-пропускающим). Для коллектора это хорошие показатели.

Листы поликарбоната в этой конфигурации соединены путем наложения гофра на гофр и склеены прозрачным силиконом.

Устанавливаем опоры для остекления. Здесь используется тонкостенная оцинкованная металлическая трубка кабелепровод. Необходимо просверлить отверстие в раме, как на фото. Проклеить паз. К слову, на фотографиях один из вариантов — все делается точно так-же, как и с медью.

На ребро рамы нужно наложить полоску древесины. Высота полоски должна соответствовать высоте «волны» поликарбоната. Уложите лист так, чтобы ребра поликарбоната можно было герметично прикрутить к раме. ПК вверху и внизу устанавливается на специальную волнистую полосу, используйте силикон для герметизации швов.

Над листом поликарбоната необходимо установить полосы древесины, которые будут равномерно прижимать его в верхней и нижней части. На фото хорошо видно, о чем я.

На фото видны внешние сантехнические детали. Резервуар находится прямо за стеной над коллектором. В холодном климате трубы необходимо теплоизолировать. Гофрированный подвод предусмотрен на случай каких-либо передвижений коллектора. Сливной клапан для сброса воды на зиму.

Бак для коллектора и сантехнические работы

В качестве резервуара для воды используется старый газовый бак. Устанавливать бак необходимо выше коллектора, чтобы работала естественная циркуляция. Если открыть запорные краны, горячая вода будет поступать из резервуара с холодной стороны электрического бака. Холодная вода поступает в коллектор из старого слива газового бака, горячая вода из коллектора выходит в старый выпускной клапан. Выпускной клапан установлен в резервуар и коллектор. Термодатчик так же установлен на бак и на солнечную панель.

На фото бак для сбора горячей воды из коллектора. Солнечная панель находится за стеной, на выходе двух труб.

На фотографии новый электрический нагреватель для резервного подогрева. Горячая вода из коллектора поступает во входное отверстие для холодной воды в этом баке.

Существуют разные варианты резервуаров для солнечного коллектора, например .

Замеры температуры

При температуре около 60 градусов вода поступает в резервуар. Бак прекрасно держит температуру всю ночь, электрический нагреватель не включали. Воду из коллектора используют на стирку, душ и мытье посуды. За бортом температура воздуха была не выше 30 градусов (май 2010 года). Испытания производительности в деталях в следующей статье.

Вариант крепления системы:

Солнечные коллекторы - хороший способ сэкономить энергоресурсы.Солнечная энергия - бесплатная, так по крайней мере 6-7 месяцев в году можно получать теплую воду для хозяйственных нужд. А в остальные месяцы - еще и помогать системе отопления.

Солнечный коллектор можно изготовить самостоятельно. Для этого вам понадобятся материалы и инструменты, которые можно купить в большинстве строительных магазинов. Или то, что вы найдете в своем гараже.

Приведенная ниже технология использовалась в проекте "Включи солнце - живи комфортно". Она была разработана специально для проекта немецкой компанией Solar Partner Sued, которая профессионально занимается продажей, монтажом и сервисом солнечных коллекторов и фотоэлетрических панелей.

Главная идея - дешево и сердито. Для изготовления коллектора используются довольно простые и распространенные материалы, которые можно купить в ближайшем магазине, или даже найти у себя в гараже. При этом эффективность коллектора остается на приличном уровне. Она ниже, чем в фабричных моделей, но разница в цене полностью компенсирует этот недостаток.

Существуют различные типы солнечных водонагревателей, но все они основаны на простом принципе: черная поверхность поглощает солнечное тепло, потом это тепло передается воде. Простейшие модели могут быть построены из доступных материалов и не требуют насосов или иного электрооборудования. Эффективный солнечный коллектор может использоваться даже в зимнее время благодаря применению незамерзающих жидкостей - антифризов.

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

Принцип работы такого солнечного коллектора таков:

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

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

Основной элемент коллектора - абсорбер. Он состоит из металлического листа, который приварен к металлическим трубам. Несколько труб устанавливаются вертикально и привариваются к двум трубам большого диаметра, расположенных горизонтально. Эти толстые трубы для входа и выхода жидкости должны быть расположены параллельно друг другу. А входное отверстие для жидкости (нижняя часть абсорбера) и выходное отверстие (верхняя часть абсорбера) должны располагаться с разных сторон панели (диагонально). Для соединения более толстых трубах необходимо просверлить отверстия под диаметр вертикальных труб.

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

Абсорбер укладывается в деревянную раму и накрывается стеклом, которое защищает коллектор и создает внутри эффект теплицы.

Применяется обычное оконное стекло. Оптимальная толщина - 4 мм, при этом сохраняется хорошее соотношение надежности и веса. Желательно нужную площадь стекла разделять на несколько частей. Так удобнее и безопаснее работать с ним.

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

Солнечные лучи проходят через стекло и нагревают коллектор, а остекление предотвращает утечку тепла. Стекло также препятствует движению воздуха в абсорбере без него коллектор быстро терял бы тепло из-за ветра, дождя, снега или низкие внешние температуры в целом.

Раму следует обработать антисептиком и краской для наружных работ.

В корпусе делаются сквозные отверстия для подачи холодной и отвода нагретой жидкости из коллектора.

Сам абсорбер красят жаростойким покрытием. Обычные черные краски при высоких температурах начинают шелушиться или испаряться, что приводит к потемнению стекла. Краска должна полностью высохнуть, прежде чем вы закрепите стеклянное покрытие (для предотвращения конденсации).

Под абсорбером закладывается утеплитель. Чаще всего используется минеральную вату. Главное, чтобы он выдерживал довольно высокие температуры в течение лета (иногда более 200 градусов).

Снизу раму закрывают ОСБ плитой, фанерой, досками и т.п. Основное требование к этому этапу - убедиться, что низ коллектора надежно защищен от попадания влаги внутрь.

Для закрепления стекла в раме делают пазы, или крепят планки по внутренней стороне рамы. При расчете размеров рамы следует учитывать, что при изменении погоды (температуры, влажности) в течение года ее конфигурация будет немного меняться. Поэтому на каждой стороне рамы оставляют несколько миллиметров запаса.

На паз или планку крепится резиновый оконный уплотнитель (D- или Е-образный). На него кладется стекло, на которое таким же образом наносится уплотнитель. Сверху это все закрепляется оцинкованной жестью. Таким образом, стекло надежно закреплено в раме, уплотнитель защищает абсорбер от холода и влаги, а именно стекло не повредится, когда деревянная рама будет "дышать".

Стыки между листами стекла изолируются уплотнителем или силиконом.

Накопительный бак. Здесь хранится нагретая коллектором вода, поэтому стоит позаботиться о его термоизоляции.

В качестве бака можно использовать:

• неработающие электрические бойлеры
• кислородные баллоны
• бочки для пищевого использования

Главное - помнить, что в герметичном баке будет создаваться давление в зависимости от давления водопроводной системы, к которой он будет подключен. Не каждая емкость способна выдерживать давление в несколько атмосфер.

В баке делают отверстия для входа и выхода теплообменника, ввода холодной воды, и забора нагретой.

В баке размещается спиральный теплообменник. Для него используют медь, нержавеющую сталь, или пластик. Нагретая через теплообменник вода будет подниматься вверх, поэтому его следует поместить в нижней части бака.

Коллектор соединяется с баком с помощью труб (например металлопластиковых или пластиковых), проведенные от коллектора к баку через теплообменник и обратно в коллектор. Здесь очень важно предотвратить утечку тепла: путь от баке до потребителя должен быть максимально коротким, и трубы должны быть очень хорошо изолированными.

Расширительный бачок - это очень важный элемент системы. Он представляет собой открытый резервуар, расположенный в крайней верхней точке контура циркуляции жидкости. Для расширительного бачка можно использовать как металлическую, так и пластиковую посуду. С ее помощью контролируется давление в коллекторе (из-за того, что жидкость от нагрева расширяется, могут треснуть трубы). Для снижения потерь тепла бачок также необходимо изолировать. Если в системе присутствует воздух, то оно также может выходить через бачок. Через расширительный бачок происходит также наполнения коллектора жидкостью.

Более особенностей строения, необходимые материалы и правила установления солнечного коллектора можно узнать, загрузив практическое пособие на веб-сайте проекта. опубликовано

Итак, на повестке дня стоит вопрос: как собрать и изготовить солнечный коллектор своими руками. Раз вопрос стоит — надо его решить и желательно положительно. В данном руководстве описывается процесс создания солнечного коллектора своими руками, который способен обеспечить дачника полноценным горячим душем. Сердце коллектора — медный змеевик, в котором циркулирует вода. Нагреваясь, вода поступает в верхнюю часть бака, а холодная (остывшая) вода из нижней части бака возвращается в коллектор для дополнительного нагрева. Таким образом происходит естественная циркуляция без использования насоса. Для того, чтобы увеличить площадь нагревания коллектора, к змеевику прикрепляются специальные пластины, которые поглощают все тепло с поверхности коллектора и передают его теплообменнику. А герметизация и утепление короба не позволят ему растерять полученное тепло.

Этап первый: «Изготовление змеевика своими руками»

Для создания змеевика своими руками нам потребуется 16 метров мягкой медной трубы d10 мм. Она обычно продается в бухтах. Такую трубку удобно гнуть, поэтому используем именно ее. Схематично змеевик будет выглядеть вот так:

Для фиксации змеевик прикрепляется к основе из фанеры толщиной 5 мм размером 800 на 1800 мм. Поэтому первым делом выпиливаем соответствующий лист фанеры. Все секции змеевика должны устанавливаться под небольшим углом (около 5°). Если уложить трубу строго горизонтально, то система работать не будет. (без насоса) На фанеру мы должны прикрепить специальные шаблоны. С их помощью гораздо удобнее укладывать змеевик. Кроме того они будут поддерживать и фиксировать конструкцию. Шаблоны изготавливаем из той же фанеры толщиной 5 мм:

Нам нужно изготовить по 14 шаблонов №1 и №2. Шаблоны нужно прикрепить на основу согласно схемы:

Установку шаблонов начинаем с нижнего левого угла. Сначала с шагом в 100 мм устанавливаются шаблоны №2. (расстояние от края 50мм)

Затем между ними устанавливаются шаблоны № 1 под углом в 5 градусов относительно центра коллектора. Шаблоны прикрепляем гвоздями либо саморезами 7-9 мм. (не менее 2-х на каждый шаблон) Начинаем укладку медной трубы. Прикладываем трубу к фанере. Оставляем конец на 10 см выходящий за границы фанеры. Прижимаем трубку к шаблону и фиксируем скобой. Тянем трубку до следующего шаблона, расположенного на другом боку. Следим, чтобы трубка располагалась ровно под углом 5° без «задиров» и «провисов». Фиксируем в нескольких местах. Дойдя то поворота, укладываем трубку между шаблонами и фиксируем ее. Так постепенно поворот за поворотом. После того, как змеевик собран, проверьте прочность фиксации к основе, а самое главное угол наклона каждой секции. Помните, что на прямых участках не должно быть обвисания, иначе система работать не будет.

Этап второй. «Изготовление пластин своими руками»

Для изготовления пластин своими руками нам понадобится алюминиевый лист толщиной 0,4-0,5 мм Вырезаем его согласно чертежу:

Если у Вас имеются небольшие куски, то ничего страшного. Вместо одной пластины длиной 440 мм, можно изготовить две по 220 мм, или три по 146 мм. Пластина должна плотно прилегать к основе и «обнимать» трубку максимально плотно. После того, как вырезана форма, нужно придать области обозначенной пунктиром, форму трубки. Для этого изготавливаем деревянный шаблон вот по этой схеме:

После того, как форма создана, при помощи молотка вбиваем стальной брусок в углубление формы:

Необходимо изготовить 15 таких пластин. После того, как пластины изготовлены, надо прикрепить их на фанеру, поверх змеевика. Перед тем, как установить пластину на трубку, смазываем ее теплопроводной пастой для лучшего эффекта. Затем прижимаем к трубе и фиксируем мебельным степлером:

Для достижения еще большей производительности под трубкой можно уложить алюминиевый лист длиной 440 мм шириной 40-50 мм. Это нужно сделать до установки змеевика, на области между шаблонами:

После того, как все пластины уложены, красим их термостойкой черной матовой краской. Идеальным вариантом было бы пройтись перед покраской пескоструйным аппаратом, для того чтобы поверхность пластин стала шершавой и лучше принимала солнечный свет.

Этап третий: «Солнечный коллектор своими руками — сборка»

Чтобы собрать солнечный коллектор, нам понадобится рама. Изготавливается она по размерам основы для змеевика:

Для еѐ изготовления используем брус 20х70 мм. (два отрезка длиной 1840 мм и два длиной 800 мм). Скрепляем их. Теперь из влагостойкой фанеры вырезаем кусок 1840мм на 840 мм и прикрепляем его к раме. У нас получился короб. Далее устанавливаем дополнительную раму из бруса 20х20мм. Она нужна для того, чтобы закрепить на неѐ — основу с змеевиком. На схеме брус 20х70 обозначен оранжевым цветом, а 20х20 синим:

Теперь необходимо собрать воедино всё. Укладываем утеплитель на дно короба. Его размер 760 мм на 1760 мм. Толщина утеплителя должна равняться высоте бруса 20х20, т.е 20 мм. После утеплителя укладываем вспененный полиэтилен размером 800 на 1800 мм. А после него укладываем основу с змеевиком. В разрезе вся конструкция выглядит так:

При помощи саморезов 15 мм прикрепляем основу к коробу, а вернее к брусу 20х20. Теперь займемся утеплением боковых стенок. Для этого используем утеплитель толщиной 10 мм и высотой 40 мм. Его надо укрепить скобами по всему периметру. Следующий этап – остекление. Нам понадобится стекло 1840 на 840
мм. Перед его установкой проходим по периметру короба слоем силикона. Затем устанавливаем само стекло. Еще раз дополнительно проходим силиконом места соединения стекла и короба. Крепить стекло будем при помощи алюминиевого уголка любого из 4х размеров: 20х30, 20х40, 30х30 или 30х40 Всего потребуется 5300 мм уголка.

Этап четвертый: «Солнечный коллектор своими руками — подключение »

Для максимального эффекта солнечный коллектор должен быть установлен под углом 90° к углу падения солнечных лучей. Угол наклона лучей солнца зависит от широты местности, где установлен коллектор. Кроме того, этот угол меняется в течении всего года. Наиболее оптимальный вариант изготовить специальную подставку, где можно регулировать угол наклона солнечного коллектора. Достаточно раз в месяц изменять этот угол для получения оптимального результата. Схему подобной опоры Вы можете видеть ниже:

Но очень часто возникает такая ситуация, что невозможно менять угол наклона каждый месяц. Это бывает если коллектор установлен на крыше. В этом случае необходимо определить оптимальный угол для всего сезона эксплуатации и при монтаже сразу установить коллектор на этот угол. При эксплуатации коллектора в летний период рекомендуется устанавливать его на 15-25° меньше широты местности. Например, Москва расположена на широте 55,75°. Это значит, что оптимальный угол наклона будет от 30° до 40°. Данный коллектор нужно подключить к ѐмкости объемом 30 литров. Емкость должна располагаться выше самой верхней точки коллектора. Но это расстояние не должно превышать 1 метра, но не менее 30-40 см Соединения между коллектором и бачком можно осуществить при помощи полипропиленовых труб d20 мм. Для этого к медной трубке надо припаять переходник, а уже к нему присоединить трубу. При этом старайтесь избегать отводов, а переходы осуществлять при помощи полуотводов (не более 2-х на прямой и обратный переход). Выход из верхней части коллектора должен соединяться с верхней частью бачка, а выход из нижней части бочка должен быть соединен с входом в нижней части коллектора.

Также к емкости нужно подвести холодную воду. Можно в бачке установить обычную сифонную систему унитаза, установив поплавок на 30 литров. Но при этом с каждой секундой приема душа, вода будет охлаждаться, поэтому самый простой и эффективный способ, это ручной краник. Таким образом, Вы расходуете все 30 литров горячей воды, а уже потом заполняете бак снова. Если хотите получить быстро небольшое количество горячей воды, то заполните бак не полностью. Обращаю Ваше внимание, что 30 литров это достаточное количество для ясной погоды в условиях Московской области. Если погода пасмурная, либо температура воздуха ниже 8 С, то не заполняйте бак полностью. Если облачность сильная и солнце не проглядывается залейте в бак только 20 литров воды. А если облачность сопровождается низкой температурой воздуха – то 15 литров. Эти правила работают в условиях Московской области и центральной части России. Для Ленинградской области максимальный объѐм бака — 25 литров, а для Кубани – 35 литров. Не забываем, что накопительный бачек также должен быть утеплен.

В этой публикации представлены результаты объемных исследований блогера Сергея Юрко. Показаны 3 солнечных коллектора, изготовленные мастером своими руками и наиболее эффективный из них – так называемый 3 пленочный коллектор, он нагревает воду до 60 градусов. Есть более простой 2 пленочный, и он способен доводить воду до 55 градусов. Самый простой и самый дешевый 1 пленочный, но он обеспечивает прогрев только до 35 или 40 градусов.

Стоимость одного квадратного метра этих примитивных коллекторов примерно в тысячу раз дешевле заводских аналогов, и поэтому возникает вопрос: а что же такого хорошего в фирменных коллекторах, что они стоят в тысячу раз дороже примитивных, которые может изготовить своими руками любой человек за несколько часов, потратив мизерные деньги.

Будем сравнивать простые коллекторы с дорогими заводскими моделями по эффективности, экономической целесообразности и другим характеристикам. И далеко не всегда это сопоставление в пользу заводских устройств. Ролик на тему: сделаем простейшие солнечные коллекторы и посмотрим, на что они способны. А также выясним, при каких случаях имеет смысл отказаться от дешёвого солнечного тепла с этих примитивных конструкций, чтобы заплатив сотни или тысячи раз дороже, получить такой же эффект от более дорогих устройств.

Личный интерес автора ролика к теме основан на предположении, что заводские солнечные коллекторы являются эволюционным тупиком солнечной тепловой энергетики, поскольку, например, солнечные батареи за последние несколько десятилетий подешевели больше чем в сто раз и график показывает процесс снижения цен.

Возникает мысль, что эволюция солнечных коллекторов пошла не по тому пути и поэтому имеет смысл вернуться к самым простым технологиям.

Черная пленка является единственной, из чего состоит 1-пленочный примитивный коллектор, то есть на пленку наливается вода и очевидно, что во время солнца это вода нагреется. Её можно купить на базаре в любом городе. Мастер приобрел три квадратных метра за 15 гривен. Стоимость коллектора выходит 15 евро цент за квадратный метр.

Но имеет смысл добавить еще одну – прозрачную пленку, которая покроет поверхность нагреваемой воды. Температура нагрева радикально увеличивается, поскольку вторая пленка останавливает испарение воды. Её продают на любом базаре для теплиц и из-за этого второго слоя стоимость коллектора увеличивается до 35 евро центов за квадратный метр.

Но есть еще и 3 пленочный вариант и дополнительная пленка тоже является прозрачной, она увеличит стоимость коллектора до 55 евро центов за квадратный метр.


Функция 3 пленки, как и у стекла заводского плоского коллектора, то есть между стеклом и черным абсорбером формируется слой воздуха толщиной несколько сантиметров, воздух является теплоизолятором.

Сколько пленок нужно для хорошего нагрева воды?

Экспериментальные измерения дали неожиданные результаты, поскольку оказалось что в нашем случае результат применения третьей пленки не является таким эффективным, как в случае заводского плоского коллектора – температура нагрева воды увеличивается, но всего лишь на несколько градусов. Причем наша тройка коллекторов может иметь разные конструкции. К примеру 2 пленочная – прозрачная полиэтиленовая пленка, продается на базарах в виде рукава. Вода заливается внутрь рукава, а роль нижней черной пленки выполняют черная поверхность крыши многоэтажки.


Аналогичное исследование, но с рукавом из не прозрачной, а черной пленки. Если вторая пленка черная, вариант предпочтительнее только при условии хорошей циркуляция воды через систему. Коллектор нагрел 100 литров воды до 66 градусов. Можно заметить несколько усложнений конструкции, в том числе лист пенополистирола толщинoй 3 сантиметра. но эксперименты показали, что теплоизоляция под коллектором увеличит температуру нагрева, но не радикально.

Эксперимент в августе с нагревом воды при температуре воздуха в тени 35 градусов показал, что пленочный коллектор на хорошей теплоизоляции нагрел воду до 63 градусов и в тот же самый момент другой коллектор нагрел воду до 57 градусов, хотя под ним теплоизоляции нет и его первая пленка лежит прямо на земле.

Дополнительные функции кустарного садового коллектора

Также интересно обратить внимание, что однопленочный коллектор во время дождя выполняет функцию сбора дождевой воды что для некоторых домов и местности может оказаться актуальным. кроме этого, 1 пленочные и 2 пленочные коллекторе ночью могут выполнять функцию градирни, то есть они отбирают тепло из воды, используемой для систем охлаждения. Можно использовать в режиме, когда днем через них циркулирует вода, которую нужно нагревать. а ночью коллектор охлаждает воду баков. днем вода из них используется для отбора тепла. в результате чего она нагревается. и поэтому следующей ночью ее нужно опять охлаждать коллекторами.

Интересно заметить, что высота воды в коллекторах может превышать несколько сантиметров. они являются одновременно и солнечным коллекторам и баком для горячей воды. То есть они работают как хорошо известная черная бочка на летнем душе.

Но очевидно, что после исчезновения солнца вода в коллекторе охлаждается. Для этого случая может оказаться интересным коллектор с тремя слоями пленки, вода в котором охлаждается медленно.

На фото. Стоимость заводских тепловых коллекторов в тысячу раз дороже представленных самодельных.

Статистика по измерениям эффективности самодельных и заводских солнечных нагревателей

1 августа проводил эксперимент по измерению производительности 2 пленочного коллектора. На протяжении солнечного дня измерял температуру воды и заносил в таблицу.

насколько эффективен нагреватель воды с пленкой

В следующий таблице интерпретация полученных результатов, в столбце количество теплоты, которую реально производил коллектор.


Описано в примечании фото, как рассчитывалось по результатам измерений температуры. В другом столбце количество солнечной радиации, которая попала на солнечный коллектор. причем важно заметить, что она зависит от угла солнца над горизонтом, точнее от синуса этого угла.

Интересно, что в данный временной промежуток производство тепла коллектором было больше, чем количество солнечной радиации. но никакого парадокса нет, если обратить внимание на разницу температур. В это время температура воздуха была больше, чем воды в коллекторе, и поэтому она нагревалась не только из-за поглощения солнечной радиации, но и вследствие нагрева от более теплого воздуха. но в другие временные промежутки вода была уже теплее воздуха. причем, чем больше разница температур, тем больше тепловые утечки из воды в окружающий воздух. тем меньше полезного тепла производят коллектор. Можно прийти к выводу, что как только температура воды достигнет примерно 60 градусов, она прекратит нагреваться, поскольку упомянутые тепловые утечки сравняются с поступлением энергии Солнца в коллектор.

В правом крайнем столбце таблицы зафиксирована измеренная мощность нагрева коллектора на единицу площади, ее можно сравнить с столбцом с мощностью нагрева одного квадратного метра заводского коллектора в тех же условиях. Описано, как вычислял мощности. Один квадратный метр заводской модели имеет преимущество над такой же площадью самодельного только при работе на высоких температурах воды. а если нужно греть воду с температурой выше 60-70 градусов, то кустарный коллектор не сможет работать вообще. в то же время 1 квадратный метр самодельного теплообменника произведет тепла заметно больше, чем один квадратный метр фабричного, когда температура воды меньше температуры окружающего воздуха.

Результаты объясняются энергетическими характеристиками 2 пленочного коллектора.

А это оценка характеристик других типа примитивных нагревателей.

Приблизительные характеристики заводских плоских коллекторов, представленных в паспорте.

В интернете можно найти такие характеристики практически для любой марки. По таблице видно, что фирменный обменник тепла имеет преимущество по этому коэффициенту, благодаря чему он способен работать на высоких температурах. но с другой стороны самопальный коллектор работает намного лучше заводского в случае, если нужно подогреть воду с температурой ниже воздуха. Например, если нужно нагревать 10 градусную воду подземной скважины во время 30-градусной жары. дело в том, что коэффициент корректнее называть не тепловыми потерями, а коэффициентом теплообмена. Поскольку если вода в коллекторе холоднее воздуха, то в коллекторе нет тепловых потерь, а наоборот, из более теплого воздуха в него поступает дополнительное тепло. Данный коэффициент интерпретируется так, что если разница температур между водой и воздухом увеличивается на 1 градус, то обмен тепла через каждый квадратный метр коллектора увеличивается на 20 ватт.

Эта характеристика (оптический КПД) показывает кпд преобразования солнечной радиации в полезное тепло в условиях, когда температура теплоносителя в коллекторе равна температуре окружающего среды. В примечании описано, почему у простейших коллекторов этот показатель немного лучше, чем у заводских. Но это указан кпд нового чистого коллектора, а примитивные очень чувствительны к грязи. Текст ниже описывает, как много грязи накапливается в них течение эксплуатации.

Грязь и пузырьки в простых самодельных коллекторах

* В воду 1-пленочного коллектора извне приходит очень много разнообразной грязи. В 2-х и 3-пленочных устройствах эта проблема выражается в пылевом налете на верхней пленке, и после высыхания воды дождя или росы эта грязь группируется в непрозрачные пятна, которые могут очень заметно уменьшить КПД коллектора. Но с другой стороны, есть несколько несложных способов удалять эту грязь после дождя.
* Из воды тоже выпадает много грязи в виде мелких хлопьев на поверхности воды или крупных хлопьев на дне. Эти выпадения усиливаются из-за нагрева воды.
* Также накапливается «белый налет» (на верху 1-й и низу 2-й пленки), который заметно снижает КПД. Он прикрепляется к пленкам очень прочно, т.е. потоком воды не удаляется (и щеткой он оттирается с большим трудом и не полностью). Возможно, это выпадение солей из нагретой воды, возможно, это последствия разложения полиэтиленовых пленок.
* Часть грязи в коллекторе может быть объяснена продуктами разложения полиэтилена вследствие УФ-радиации и высокой температуры. Обычно полиэтилен разлагается на перекись водорода, альдегиды и кетоны. В основном, это газы или жидкости, хорошо растворимые в воде. т.е. в осадок они вроде бы не должны выпадать.
* КПД коллектора также снижается из-за большого количества газовых пузырьков (диаметром до нескольких миллиметров на верху 1-й и низу 2-й пленки), которые выделяются при нагреве воды (При нагреве уменьшается растворимость газов в воде). Интересно, что при расположении коллектора на земле на его 1-й пленке пузырьков практически нет (но они есть на низу 2-й)
* Под 2-й пленкой могут образовываться большие пузыри, а также воздух в складках. Эти участки быстро запотевают, и это уменьшает КПД.
* На краях коллектора 2-я пленка может не прилегать к воде: на таких участках низ запотевает и поэтому плохо пропускает солнечную радиацию.
* В 3-пленочных коллекторах могут быть запотевания низа 3-й пленки. Это случается при неправильной установке 2-й пленки (из-за чего пар из коллектора может проникать под 3-ю пленку) или из-за её повреждений. В таких случаях нужно устанавливать 3-ю пленку так, чтобы ветер слегка вентилировал пространство между нею и 3 слоем.

Загрязнение воды коллекторов из-за разложения полиэтиленовых пленок

Это разложение будет из-за одновременного воздействия кислорода воздуха, ультрафиолетовой солнечной радиации и температуры 50-60 град. Полиэтилен разлагается на альдегиды, кетоны, перекись водорода и др.
При нагреве в коллекторе каждого 1 куб. м воды его полиэтиленовые пленки будут выделять порядка 1 г продуктов разложения (На 1 кв. м коллектора приходится около 100 г 1-й и 2-й пленок, и за время своей службы они выделят, по очень приблизительным оценкам, около 10 г «продуктов разложения» и нагреют порядка 10 куб. м воды). Но непонятно, сколько из этих 1 мг/ литр перейдет в воду, а сколько улетит в атмосферу, выпадет в осадок на дне коллектора и бака горячей воды, перейдет в тот «белый налет» (о котором я говорил в предыдущем тексте), не выйдет за пределы массы полиэтилена
Кроме того, непонятно благоприятное влияние на очистку воды вследствие ее пребывания и нагрева в коллекторе (а там из нее выпадает очень много осадка), а также вследствие пребывания в баке горячей воды. Таким образом, по приблизительным оценкам, в воду поступит 0,1-0.5 мг / литр продуктов разложения полиэтилена, которые распределятся между десятками хим. веществ с концентрациями по 0.001-0,1 мг на литр нагреваемой воды. Поскольку это недалеко от ПДК вредных веществ, консультация с СЭС лишней не будет. Например, согласно стандарту ГН 2.1.5.689-98 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования»:
– Есть ограничения по 13 шт. альдегидов – ПДК от 0,003 мг / литр до 1 мг / литр, например, ПДК формальдегида – 0.05 мг / литр, а самые жесткие требования к бензальдегиду – 0.003 мг / литр
– ПДК перекиси водорода – 0,1 мг / литр
– По 3 шт. экзотических кетонов тоже есть ограничения с ПДК 0,1-1,0 мг / литр

Выводы:

1) Если вода «застоялась» коллекторах, то концентрация «продуктов разложения» в ней будет в разы или десятки раз больше. Возможно, такую воду лучше выбрасывать.
2) Желательно использовать более тонкие пленки (они будут давать меньше «продуктов разложения»).
3) Пленки желательно как можно стабилизированные. Например, тепличная предпочтительнее обычной (не подкрашенной) полиэтиленовой, она стабилизируется против воздействия УФ-радиации. Другой пример: полиэтилен высокой плотности медленнее разлагается из-за высокой температуры, чем низкой плотности.
4) Отношение площади коллекторов к потребности объекта (в горячей воде) желательно как можно меньше. Т.е., например, при суточной потребности 10 куб. м горячей воды, станция с 50 кв.м. коллекторов дает загрязнение (концентрация вредных веществ) воды в десятки раз меньше, чем станция с 500 кв.м. коллекторов, в том числе и из-за более низкой температуры нагрева воды коллекторами, что уменьшает скорость разложения полиэтилена.
5) Если 2-я пленка коллекторов будет черная (а не прозрачная), то загрязнение воды должно быть в разы меньше (поскольку УФ-излучение проникает только в верхний слой 2-й пленки).
6) Можно подумать над таким вариантом работы солнечной станции, когда коллекторы нагревают
техническую воду, которая затем передает свое тепло через теплообменник чистой воде ГВС.

Какую лучше применять пленку для сбора солнечного тепла – черную или прозрачную?

Оптический кпд заметно уменьшается из-за воздушных пузырьков и запотевания второго слоя пленки коллектора. это к тому, что кпд реально эксплуатируемого устройства по всему сроку эксплуатации окажется на несколько десятков процентов меньше. Поэтому не имеет смысла стремиться к дорогим пленкам с большой долговечностью, поскольку за несколько месяцев эксплуатации на них накопится столько грязи, что пленки захочется заменить. Из-за таких проблем с разнообразной грязью склоняемся к тому, что 2 пленка должна быть все таки непрозрачной, а черной.

У этого коллектора черная пленка и нет радикального уменьшения кпд из-за грязи. Но у него есть проблема – солнце нагревает только тонкий верхний слой воды. Тем не менее существует несколько вариантов решения проблемы, которые будут получены после исследований.

Важно иметь ввиду что ветер увеличивает коэффициент теплопотерь примитивных коллекторов, а в случае однопленочного это влияние ветра может быть радикальным, так как увеличиваются потери тепла из коллектора вследствие испарения воды и может дойти до того, что даже в идеально солнечный день, но при сильном ветре и низкой влажности 1-пленочный сможет нагреть воду только на несколько градусов выше температуры окружающего воздуха. Кроме этого коэффициент к1 нужно увеличить на несколько десятков процентов, если под коллектором нет теплоизоляции и он лежит непосредственно на земле, на поверхности крыши и тому подобное.

Во 2 серии этого фильма сравниваются примитивные и заводские коллекторы по темам работы зимой, простоте подключения, экономической целесообразности, областям применения на практике.

Вторая часть (о работе зимой)

3, 4 серии (техобслуживание)

– Эксперимент с заливкой воды в рукав полиэтиленовой пленки: