Різні сонячні колектори з'явилися на ринку досить давно. Це пристрої, що використовують енергію сонця для нагрівання води на домашні потреби. Але набути популярності серед користувачів їм заважає висока вартість, це біда всіх альтернативних джерел енергії. Наприклад, загальні витрати на придбання та монтаж установки, що забезпечить потреби середньої родини, становитимуть 5000 $. Але вихід є: можна зробити сонячний колектор своїми руками із доступних за ціною матеріалів. Якими способами це реалізувати, буде розказано у цьому матеріалі.

Як працює сонячний колектор?

Принцип дії колектора заснований на поглинанні (абсорбції) теплової енергії сонця спеціальним приймальним пристроєм та передачею його з мінімальними втратами теплоносія. Як приймач використовуються мідні або скляні трубки, пофарбовані в чорний колір.

Адже відомо, що найкраще абсорбують тепло предмети, що мають темне або чорне забарвлення. Теплоносієм найчастіше виступає вода, іноді повітря. За конструкцією сонячні колектори для опалення будинку та гарячого водопостачання бувають таких видів:

• повітряні;
• водяні пласкі;
• водяні вакуумні.

Серед інших повітряний сонячний колектор відрізняється простотою конструкції та, відповідно, найнижчою ціною. Він є панель - приймач сонячної радіації з металу, укладений в герметичний корпус. Сталевий лист для кращої тепловіддачі забезпечений з заднього боку ребрами та покладений на дно із тепловою ізоляцією. Спереду встановлено прозоре скло, а з боків корпусу є прорізи з фланцями для підключення повітроводів або інших панелей, як показано на схемі:

Повітря, що надходить через отвір з одного боку, проходить між сталевими ребрами і, отримавши від них тепло, виходить з іншого.

Треба сказати, що встановлення сонячних колекторів із нагріванням повітря має свої особливості. Через їхню невисоку ефективність для обігріву приміщень потрібно застосовувати кілька подібних панелей, об'єднаних у батарею. Крім того, обов'язково знадобиться вентилятор, оскільки нагріте повітря з колекторів, що знаходяться на покрівлі, самостійно не піде. Принципова схема повітряної системи показана на малюнку:

Простий пристрій та принцип роботи дозволяють виконувати виготовлення колекторів повітряного типу своїми руками. Але потрібно багато матеріалу для кількох колекторів, а підігріти воду з їх допомогою все одно не вийде. З цих причин домашні умільці вважають за краще займатися водяними нагрівачами.

Конструкція плоского колектора

Для самостійного виготовлення найбільше цікавлять плоскі сонячні колектори, призначені для нагрівання води. У корпусі з металу або алюмінієвого сплаву прямокутної форми розміщено тепловий приймач - пластина із запресованим у ній змійовиком з мідної трубки. Приймач виконується з алюмінію чи міді, покритої абсорбційним шаром чорного кольору. Як і в попередньому варіанті, знизу пластина відокремлена від дна шаром теплоізоляційного матеріалу, а роль кришки відіграє міцне скло або полікарбонат. Нижче на малюнку зображено пристрій сонячного колектора:

Пластина чорного кольору поглинає тепло і передає його теплоносію, що рухається трубками (вода або антифриз). Скло виконує 2 функції: пропускає до теплообмінника сонячну радіацію та служить захистом від опадів та вітру, що знижують продуктивність нагрівача. Всі з'єднання виконані герметично, щоб усередину не потрапляла пил і скло не втрачало прозорості. Знову ж таки, тепло сонячних променів не повинно вивітрюватися зовнішнім повітрям через щілини, від цього залежить ефективна робота сонячного колектора.

Даний вид - найпопулярніший серед покупців через оптимальне співвідношення ціна - якість, а серед домашніх майстрів - через нескладну конструкцію. Але використовувати такий колектор для опалення можна лише в південних регіонах, зі зниженням температури зовнішнього повітря його продуктивність істотно падає через високі теплові втрати через корпус.

Влаштування вакуумного колектора

Ще один вид водяних сонячних нагрівачів виготовляється із застосуванням сучасних технологій та передових технічних рішень, а тому належить до високої цінової категорії. Таких рішень у колекторі реалізовано два:

• теплова ізоляція за допомогою вакууму;
• використання енергії пароутворення та конденсації речовини, що кипить при низькій температурі.

Ідеальний варіант захистити абсорбер для колектора від теплових втрат – це укласти його у вакуум. Мідна трубка, наповнена холодоагентом і покрита абсорбуючим шаром, поміщена всередину колби з міцного скла, повітря з простору між ними відкачано. Кінці мідної трубки входять у трубу, якою протікає теплоносій. Що відбувається: холодоагент під впливом сонячних променів закипає і звертається в пару, він піднімається трубкою вгору і від зіткнення з теплоносієм крізь тонку стінку знову переходить у рідину. Нижче показана робоча схема колектора:

Фокус у тому, що в процесі перетворення на пару речовина поглинає набагато більше теплової енергії, ніж при звичайному нагріванні. Питома теплота пароутворення будь-якої рідини вище, ніж її питома теплоємність, тому вакуумні сонячні колектори дуже ефективні. Конденсуючись у трубі із проточним теплоносієм, холодоагент передає йому всю теплоту, а сам стікає вниз за новою порцією енергії сонця.

Завдяки своєму пристрою вакуумні нагрівачі не бояться низьких температур і зберігають свою працездатність навіть на морозі, а тому можуть застосовуватись у північних регіонах. Інтенсивність нагріву води в цьому випадку нижча, ніж улітку, тому що взимку на землю надходить менше тепла від сонця, часто заважає хмарність. Відомо, що зробити скляну колбу з відкачаним повітрям в домашніх умовах просто неможливо.

Примітка.Існують вакуумні трубки для колектора, що заповнюються безпосередньо теплоносієм. Їх недолік - послідовне підключення, при виході з ладу однієї колби доведеться міняти весь водонагрівач.

Як виготовити сонячний колектор?

Перш ніж розпочати роботу, слід визначитися з габаритами майбутнього водогрійного апарату. Зробити точний розрахунок площі теплообміну складно, багато що залежить від інтенсивності сонячного випромінювання в даному регіоні, розташування будинку, матеріалу нагрівального контуру і так далі. Правильним буде сказати, що чим більший тепловий колектор, тим краще. Проте його розміри напевно обмежуються місцем, де планується його встановлювати. Отже, треба виходити із площі цього місця.

Корпус найпростіше виготовити з деревини, проклавши на дно шар пінопласту або мінеральної вати. Також для цієї мети зручно використовувати стулки старих дерев'яних вікон, де збереглося хоча б одне скло. Вибір матеріалу для приймача тепла несподівано широкий, чого не використовують майстри-умільці, щоб зібрати колектор. Ось перелік популярних варіантів:

• тонкостінні мідні трубки;
• різні полімерні труби із тонкими стінками, бажано чорного кольору. Добре підійде поліетиленова труба РЕХ для водопроводу;
• трубки із алюмінію. Щоправда, поєднувати їх складніше, ніж мідні;
• сталеві панельні радіатори;
• чорний садовий шланг.

Примітка.Крім перелічених, є безліч екзотичних версій. Наприклад, повітряний сонячний колектор із пивних банок або пластикових пляшок. Подібні прототипи відрізняються оригінальністю, але вимагають значного вкладення праці за сумнівної віддачі.

У зібраний дерев'яний корпус або стару віконну стулку з приробленим дном і покладеним утеплювачем треба помістити металевий лист, що накриває всю площу майбутнього нагрівача. Добре, якщо знайдеться лист алюмінію, але підійде тонка сталь. Її необхідно пофарбувати у чорний колір, а потім укласти труби у вигляді змійовика.

Без сумніву, колектор для нагріву води найкраще вийде з мідних труб, вони чудово передають тепло і прослужать довгі роки.

Оскільки це плоский, а не вакуумний колектор, поглинач тепла потрібно закрити зверху світлопрозорою конструкцією - склом або полікарбонатом. Останній легше обробляється та надійніше в експлуатації, не розіб'ється від ударів граду.

Після збирання сонячний колектор треба встановити на місце та підключити до накопичувального бака для води. Коли дозволяють умови монтажу, можна організувати природну циркуляцію води між баком і нагрівачем, інакше в систему включається циркуляційний насос.

Висновок

Здійснювати опалення будинку сонячними колекторами, зробленими своїми руками – приваблива перспектива для багатьох домовласників. Жителям південних районів цей варіант доступніший, тільки доведеться заповнити систему антифризом і як слід утеплити корпус. На півночі саморобний колектор допоможе нагріти воду на господарські потреби, але для обігріву будинку його не вистачить. Дається взнаки холод і короткий світловий день.

Альтернативні джерела відновлюваної енергії мають величезну популярність. У деяких країнах ЄС автономне теплопостачання покриває понад 50% потреб енергії. У РФ сонячні колектори поки що не набули широкого поширення. Одна з основних причин: дорожнеча обладнання. За геліопанель вітчизняного виробника потрібно віддати щонайменше 16-20 тис. крб. Продукція європейських брендів коштуватиме ще дорожче, починаючи з 40-45 тис. руб.

Виготовлення сонячного колектора своїми руками буде дешевшим, принаймні о пів на половину. Саморобний геліоколектор забезпечить достатньою кількістю тепла для нагріву душової води на 3-4 особи. Для виготовлення знадобляться будівельні інструменти, кмітливість та підручні засоби.

З чого можна зробити геліосистему

Спочатку слід розібратися в тому, який принцип роботи використовує сонячний водонагрівач. У внутрішньому пристрої блоку є такі вузли:

• корпус;
• абсорбер;
• теплообмінник, усередині якого циркулюватиме теплоносій;
• відбивачі для фокусування сонячних променів.

Заводський колектор для нагрівання води від сонця працює так:

• Абсорбція тепла – сонячні промені проходять крізь скло, розташоване поверх корпусу, або через вакуумні трубки. Внутрішній абсорбуючий шар, що контактує з теплообмінником, пофарбований селективною фарбою. При попаданні сонячних променів на абсорбер виділяється велика кількість тепла, яке збирається та використовується для нагрівання води.
• Теплопередача – абсорбер розташований у тісному контакті з теплообмінником. Акумульоване абсорбером і теплообміннику, що передається тепло, нагріває рідину, що рухається по трубках до змійовика всередині бака теплонакопичувача. Циркуляція води у водонагрівачі здійснюється примусовим чи природним способом.
• ГВП - використовується два принципи підігріву гарячої води:
  1. Пряме нагрівання - гаряча вода після нагрівання просто скидається в теплоізольовану ємність. У моноблочній геліосистемі як теплоносій використовується звичайна побутова вода.
  2. Другий варіант - забезпечення ГВП з пасивним водонагрівачем за принципом непрямого нагріву. Теплоносій (часто антифриз) під тиском направляється в теплообмінник геліоколектора. Після нагрівання розігріта рідина подається в накопичувальний бак, усередині якого вбудований змійовик (гравець, що грає, нагрівального елемента), оточений водою для системи гарячого водопостачання.
     Теплоносій розігріває змійовик, за допомогою чого передає тепло воді, що знаходиться в ємності. При відкритті крана нагріта вода з теплоакумулюючої ємності надходить до точки водорозбору. Особливість геліосистеми з непрямим нагріванням здатність працювати протягом усього року.

Принцип роботи, що використовується в дорогих заводських геліосистемах, копіюється і повторюється в колекторах, що виготовляються своїми руками.

Робочі конструкції сонячних водонагрівачів мають схожий пристрій. Тільки виготовляються із підручних матеріалів. Існують схеми виробництва колекторів із:

• полікарбонату;
• вакуумні трубки;
• ПЕТ пляшок;
• пивних банок;
• радіатора холодильника;
• мідних трубок;
• ПНД та ПВХ труб.

Судячи з схем, сучасні «Кулібіни» віддають перевагу саморобним системам з природною циркуляцією, термосифонного типу. Особливість рішення в тому, що накопичувальну ємність розташовують у верхній точці ГВП. Вода самопливом циркулює у системі і подається споживачеві.

Колектор із полікарбонату

Виготовляють із стільникових панелей, що відрізняються хорошими теплоізоляційними властивостями. Товщина листів від 4 до 30 мм. Вибір товщини полікарбонату залежить від потрібної тепловіддачі. Чим товстіший лист і осередки в ньому, тим більше води зможе нагріти установка.

Щоб зробити геліосистему, зокрема саморобний сонячний водонагрівач з полікарбонату, знадобляться такі матеріали:

• дві штанги з нарізаним різьбленням;
• пропіленові куточки, на фітингах має бути зовнішнє різьбове з'єднання;
• пластикові труби ПВХ: 2 шт., довжина 1,5 м, діаметр 32;
• 2 заглушки.

Труби укладають у корпус паралельно. Підключають до ГВП через крани, що відсікають. Уздовж труби роблять тонкий надріз, який можна вставити лист полікарбонату. Завдяки принципу термосифона вода самостійно надходитиме в жолобки (комірки) листа, нагріватиметься і йтиме в накопичувач, розташований вгорі всієї системи нагрівання. Для герметизації та фіксації листів, вставлених у трубу, використовують силікон, стійкий до термічної дії.

Щоб збільшити теплоефективність колектора із стільникового полікарбонату, лист покривають будь-якою селективною фарбою. Нагрівання води після нанесення селективного покриття прискорюється приблизно вдвічі.

Колектор із вакуумних трубок

В цьому випадку не вийде обійтися виключно підручними засобами. Для виготовлення сонячного колектора доведеться придбати вакуумні трубки. Їх продають компанії, що займаються обслуговуванням геліосистем та безпосередньо виробники геліоводонагрівачів.

Для самостійного виробництва краще вибирати колби з перовими стрижнями та тепловим каналом heat-pipe. Трубки легше монтувати та міняти у разі потреби.

Також необхідно придбати блок-концентратор для вакуумного сонячного колектора. При виборі звертають увагу на продуктивність вузла (визначається за кількістю трубок, які можна одночасно підключити до пристрою). Раму виготовляють самостійно, збираючи дерев'яний каркас. Економія при виготовленні в домашніх умовах з урахуванням придбання готових вакуумних трубок складе не менше 50%.

Геліосистема із пластикових пляшок

Для приготування потрібно близько 30 шт. ПЕТ пляшок. При збиранні зручніше використовувати тару однакового розміру на 1 або 1,5 л. На попередньому етапі з пляшок знімають етикетки, поверхню ретельно промивають. Крім пластикової тари знадобиться таке:

• 12 м шланга для поливу рослин діаметром 20 мм;
• 8 Т-подібних перехідників;
• 2 коліна;
• рулон тефлонової плівки;
• 2 кульові крани.

При виготовленні сонячних колекторів із пластикових пляшок внизу основи роблять отвір, що дорівнює діаметру шийки, куди вставляють гумовий шланг, або ПВХ трубу. Колектор збирають у 5 рядів по 6 пляшок на кожній лінії.

У ясний день вже за 15 хв. вода нагріється до температури 45°С. Враховуючи високу продуктивність, сонячний водонагрівач із пластикових пляшок має сенс підключити до накопичувальної ємності в 200 л. Останню добре утеплюють для запобігання тепловтратам.

Колектор із алюмінієвих пивних банок

Алюміній відрізняється добрими теплотехнічними характеристиками. Не дивно, що метал використовують для виготовлення опалювальних радіаторів.

Алюмінієві банки можна використовувати під час виготовлення саморобних геліосистем. Для виробництва не підійдуть банки з жерсті та будь-якого іншого металу.

Для однієї геліопанелі будуть потрібні такі комплектуючі:

• банки, близько 15 прим. на лінію, корпус вміщується 10-15 рядів;
• теплообмінник - використовується колектор із гумового шланга, або пластикових труб;
• клей для склеювання банок між собою;
• селективна фарба

Поверхня банок забарвлюється у темний колір. Короб накривають товстим склом чи полікарбонатом.

Сонячний колектор із алюмінієвих банок найчастіше виготовляють для повітряного опалення. При використанні водяного теплоносія знижується теплоефективність пристрою.

Геліосистема з холодильника

Ще одне популярне рішення, що потребує мінімальних витрат часу та коштів. Сонячний колектор роблять із радіатора старого холодильника. Змійовик вже пофарбований у чорний колір. Достатньо лише укласти ґрати в дерев'яний корпус із ізоляцією та підключити його до ГВП, за допомогою паяння.

Існує варіант виготовлення із конденсатора кондиціонера. Для цього кілька радіаторів з'єднують у єдину мережу. Якщо є можливість придбати дешево близько 8 шт. конденсаторів, виготовлення колектора цілком можливе.

Колектор із мідних трубок

Мідь відрізняється добрими теплотехнічними властивостями. При виготовленні мідного сонячного колектора використовують:

• труби діаметром 1 1/4", що використовуються при монтажі систем опалення та гарячого водопостачання;
• труби на 1/4", що використовуються в системах кондиціювання;
• газова горілка;
• припій та флюс.

Корпус решітки радіатора збирається з мідних труб з великим діаметром. У поверхні просвердлюють отвори рівні 1/4". В отримані пази вставляють труби відповідного діаметра. Радіатор закривають склом або полікарбонатом. Мідь забарвлюють селективною фарбою.

Сонячний бойлер із ПНД труб та ПВХ шлангів

Під час виробництва геліосистем використовують практично будь-який підручний матеріал. Існують рішення, що дозволяють виготовити колектор із гофрошланга, гумового шланга, що використовується для поливу рослин.

З металопластикової труби геліосистеми не роблять через гумові ущільнювачі фітинги, що не витримують сильного нагріву. При інтенсивному сонячному випромінюванні нагрівання у колекторі досягає 300°С. При перегріві прокладки ущільнювачів обов'язково дадуть текти.

Існує можливість виготовлення сонячного колектора із гофрованої нержавіючої труби. Популярність рішення обумовлена ​​швидкістю та простотою монтажу. Гофротруба з нержавіючої сталі укладається кільцями або змійкою. Недолік, відносна дорожнеча нержавіючої гофрованої труби.

Незважаючи на існуючі варіанти, описані вище, найбільш популярними залишаються сонячні колектори з пропіленових та ПНД труб. Кожен варіант має свої переваги:

• Сонячний колектор із ПНД труби- Для виготовлення вибирають матеріал, стійкий до нагрівання. Продається велика кількість фітингів, що полегшують збирання теплоакумулюючого радіатора. Труби з поліетилену низького тиску мають чорний або темно-синій колір, тому не вимагають фарбування.
• Сонячний колектор із ПВХ труб- популярність рішення у простоті монтажу конструкції, що здійснюється за допомогою паяння. Наявність великої кількості куточків, трійників, американок та інших фітингів полегшує процес збирання. За допомогою паяння можна створити теплообмінник колектора будь-якої конфігурації.

Виготовлення сонячного водогрійного колектора із PEX труби:

Всі описані труби з тією чи іншою ефективністю використовуються як осердя при виготовленні саморобного геліоколектора з пластикових пляшок та алюмінієвих банок.

Як зробити селективне покриття

Високоефективний колектор має високий рівень поглинання сонячної енергії. Промені потрапляють на темну поверхню, після чого її нагрівають. Чим менше випромінювання відштовхується від абсорбера сонячного колектора, тим більше тепла залишається геліосистемі.

Щоб забезпечити достатню акумуляцію тепла, потрібно створити селективне покриття. Варіантів виробництва кілька:

• Саморобне селективне покриття колектора- Використовують будь-які чорні фарби, які після висихання залишають матову поверхню. Є рішення, коли як абсорбер колектора застосовують непрозору темну клейонку. На труби теплообмінника, поверхню банок та пляшок наносять чорну емаль, з матовим ефектом.
• Спеціальні абсорбуючі покриття- можна піти іншим шляхом, придбавши для колектора спеціальну селективну фарбу. До складу селективних ЛКМ входять полімерні пластифікатори та присадки, що забезпечують хорошу адгезію, теплостійкість та високий ступінь поглинання сонячних променів.

Геліосистеми, що використовуються виключно для нагрівання води влітку, можуть обійтися забарвленням абсорбера в чорний колір за допомогою звичайної фарби. Саморобні сонячні колектори для опалення будинку взимку повинні мати якісне селективне покриття. Заощаджувати на фарбі не можна.

Саморобна або заводська геліосистема – що краще

Виготовити в домашніх умовах сонячний колектор, здатний за технічними характеристиками та показниками зрівнятися із заводською продукцією неможливо. З іншого боку, якщо потрібно просто забезпечити достатню кількість води для літнього душу, сонячної енергії буде достатньо роботи найпростішого саморобного водонагрівача.

Що стосується рідинних колекторів, що працюють взимку, то навіть не всі заводські геліосистеми можуть працювати при низьких температурах. Всесезонні системи, це найчастіше устрою з вакуумними тепловими трубками, з підвищеним ККД, здатні працювати до температури –50°С.

Заводські геліоколектори часто укомплектовуються поворотним механізмом, що автоматично підлаштовує кут нахилу і спрямованість панелі по сторонах світла, залежно від розташування Сонця.

Ефективний сонячний водонагрівач той, що повністю відповідає поставленим перед ним завданням. Для підігріву води на 2-3 чоловік влітку, можна обійтися звичайним геліоколектором, виготовленим своїми руками з підручних засобів. Для опалення взимку, незважаючи на початкові витрати, краще встановити заводську геліосистему.

Відеокурс з виготовлення панельного сонячного водонагрівача

Концепція енергетично ефективного будинку передбачає створення, використання та експлуатацію відновлюваних джерел енергії. Все більшого поширення стали набувати зібрані сонячний колектор своїми руками, які нещодавно зустрічалися вкрай рідко.

Постійне вдосконалення геліосистем, істотне падіння цін на них призвело до ще більшої появи їх у повсякденному житті. Вартість заводських моделей сьогодні можна порівняти з витратами, необхідними на облаштування класичної системи опалення. Однак, таку технологію може зробити кожен самостійно.

Принцип роботи сонячного колектора

Якщо коротко описати принцип роботи колектора – він необхідний захоплення сонячної теплової енергії. Надалі вона концентрується та використовується людиною.

Колекторна система складається з таких складових:

• Тепловий акумулятор (звичайна ємність під рідину)
• Теплообмінний контур
• Безпосередньо колектор

Рідкий або газоподібний теплоносій циркулює колектором. Отримана енергія нагріває його і за допомогою змонтованого бака-акумулятора передає тепло воді.

Нагріта рідина зберігається в баку доти, доки вона не буде використана. Сфера її застосування дуже широка - від звичайних господарських потреб до опалення будинку. Щоб вода швидко не остигала, необхідно якісно тепло ізолювати ємність.

Циркуляцію води в колекторі роблять одним із двох способів: або примусовим способом. У баку-акумуляторі може монтуватися додатковий елемент, що нагріває рідину, який включатиметься при досягненні низьких температур навколишнього середовища та підтримувати температуру води, наприклад, взимку, коли сонцестояння нетривале.

Вступне відео про пристрій водонагрівача

Види сонячних колекторів

Плануючи сонячний колектор своїми руками та встановити в будинку, необхідно визначитися з типом конструкції:

Моделі, у яких теплоносієм є повітря, використовуються дуже рідко. Це пов'язано з властивостями рідини – тепло вона проводить значно краще, ніж газ. Повітряні колектори частіше роблять плоскої форми, щоб повітря, контактуючи з пристроєм, що поглинає, природним чином нагрівався.

схема повітряного сонячного колектора

Вакуумні сонячні колектори

Вакуумні моделі найскладніші. Замість коробки, що покривається склом, у нього використовуються великі за габаритами трубки зі скла. Усередині них є трубочки з меншим діаметром, у яких знаходиться абсорбер, що збирає теплову енергію. Між трубками - вакуум, він виконує роль утеплювача.

Плоскі сонячні колектори

Найпоширенішим є плоский сонячний колектор, всередині якого розташовується спеціальний шар, що абсорбує, поміщений у скляну коробку. Він з'єднується з трубками, якими переміщається рідкий теплоносій (частіше пропілен-гліколь).

схема плоского сонячного колектора

Але наважуючись змайструвати сонячний колектор своїми руками, необхідно розуміти, що зробити такі складні пристрої неможливо, аналогічні промисловим. До того ж, їх ККД буде значно нижчим, меншим за експлуатаційний термін, але й матеріальні вкладення теж.

Креслення конструкцій

Приступаємо до роботи

Перш ніж споруджувати сонячний колектор, необхідно здійснити відповідні розрахунки та визначити, як багато енергії він повинен виробляти. Але від саморобної установки чекати на високий ККД не варто. Зорієнтувавшись, що його буде достатньо – можна починати.

Роботу можна розділити на кілька основних етапів:

1. Виготовити короб
2. Виготовити радіатор або теплообмінник
3. Виготовити аванкамеру та накопичувач
4. Зібрати колектор

Щоб виготовити коробку під сонячний колектор своїми руками, слід заготовити товщиною обрізну дошку. 25-35 мм та завширшки 100-130 мм. Дно її слід зробити текстолітовим, оснастивши його ребрами. Воно також має бути добре теплоізольоване за допомогою пінопласту (але перевагу віддають мінеральній ваті), накритого оцинкованим листом.

Підготувавши короб, настав час робити теплообмінник. Слід дотримуватись інструкції:

1. Необхідно підготувати 15 тонкостінних металевих трубок довжиною 160 см та дві дюймові труби довжиною 70 см.
2. В обох потовщених трубках свердляться отвори діаметра менших трубок, які вони встановлюватимуться. При цьому слід стежити за тим, щоб вони були по одній стороні співвісні, максимальний крок між ними 4.5 см
3. Наступний етап – всі трубки потрібно зібрати в єдину конструкцію та надійно зварити
4. Теплообмінник монтується на лист оцинковки (раніше прикріплений до короба) та фіксується за допомогою сталевих хомутів (можна зробити металеві затискачі)
5. Днище короба рекомендують пофарбувати в темний колір (наприклад, чорний) – він краще поглинатиме сонячне тепло, але щоб знизити теплові втрати, зовнішні елементи фарбуються білим.
6. Завершити монтаж колектора необхідно установкою покривного скла біля стін, при цьому не забувши про надійну герметизацію стиків.
7. Між трубками та склом залишається відстань, що дорівнює 10-12 мм.

Залишається спорудити накопичувач під сонячний колектор. Його роль може виконувати герметична ємність, обсяг якої варіюється близько 150-400 л. Якщо знайти одну таку бочку не вдається, можна зварити кілька невеликих.

Як і колектор, накопичувальний бак ґрунтовно ізолюють від втрат тепла. Залишається виготовити аванкамеру - невелику посудину об'ємом 35-40 л. Він повинен оснащуватися пристроєм (шарнірним краном), що падає воду.

Залишається найвідповідальніший і найважливіший етап – зібрати колектор докупи. Зробити це можна таким чином:

1. Спочатку необхідно встановити аванкамеру та накопичувач. Потрібно стежити, щоб рівень рідини в останньому був на 0.8 м нижче, ніж в аванкамері. Так як води в таких пристроях може збиратися чимало, необхідно продумати, як вони будуть надійно перекриватися.
2. Колектор розміщується на даху будинку. Виходячи з практики, рекомендується робити це на південній стороні, нахиливши установку під кутом 35-40 градусів до горизонту
3. Але треба враховувати, що між накопичувачем та теплообмінником відстань не повинна перевищувати 0.5-0.7 м, інакше втрати будуть надто суттєві
4. Наприкінці повинна вийти наступна послідовність: аванкамера повинна розташовуватися вище за накопичувач, останній – вище за колектор

Настає найвідповідальніший етап – необхідно з'єднати всі складові воєдино та підключити до готової системи водопровідну мережу. Для цього потрібно відвідати магазин сантехніки та придбати необхідні фітинги, перехідники, згони та іншу запірну арматуру. Високонапірні ділянки рекомендують з'єднувати трубою діаметром 0.5 дюйма, низьконапірні – 1 дюйм.

Введення в експлуатацію виконується таким чином:

1. Установка заповнюється водою за допомогою нижнього дренажного отвору
2. Приєднується аванкамера та регулюються рівні рідини
3. Необхідно пройтися вздовж системи та перевірити, щоб не було витоків
4. Все готове до повсякденної експлуатації

Сонячний колектор із змійовика холодильника

Сонячний колектор своїми руками можна змайструвати зі звичайного змійовика, знятого зі старого холодильника. Для роботи потрібно підготувати:

1. Безпосередньо змійовик
2. Рейки та фольга для каркасу
3. Бочка або бак для води
4. Гумовий килимок
5. Запірна арматура (вентилі, труб тощо)
6. Скло

Промивши змійовик від фреону, необхідно збити навколо рейковий каркас. Його точні розміри залежатимуть від розміру робочого вузла, демонтованого з холодильника. Килимок необхідно підігнати під рейки, серед яких змійовик повинен вільно розташовуватися.

На гумовий килимок (дно каркаса) укладається шар, що фольгує. Потім змійовик фіксують за допомогою гвинтових хомутів. У стінах роблять отвори, через які проходитимуть труби. Підвищити продуктивність можна з допомогою герметизації стиків герметикам.

Дно також укріплюється рейками. Зверху монтується скло та фіксують за допомогою скотчу. Щоб не хвилюватися, можна вирізати кілька алюмінієвих платівок і зробити з них притискачі.

Відео про технічний пристрій та випробування сонячного колектора:

В ув'язненні

Така споруда, як сонячний колектор своїми руками, може значно підвищити рівень комфорту в заміському будинку або на дачі. Нехай незначно, але воно знижує витрати на споживану енергію, що виробляється класичними джерелами енергії.

Використовувати сонячну енергію для побутових потреб мріяли завжди. Особливо актуально ця ідея почала розвиватися останні п'ятдесят років, коли з'явилися нові матеріали, що дозволяють конструювати досить ефективні конструкції. З'явилися і інструменти, за допомогою яких можна в домашніх умовах виготовляти складні технологічні конструкції.

Ідея нагрівати воду за допомогою сонця реалізовувалась ще в давнину. Звичайні бочки, виставлені на сонці або в тіні протягом певного часу поглинали тепловий потік з навколишнього середовища. Температура рідини збільшувалася зі зростанням інтенсивності сонячного випромінювання.

У сімдесятих-вісімдесятих роках XIX століття Йозеф Стефан та Людвіг Больцман відкрили закон теплового випромінювання. Ними було виведено розрахункові формули, виходячи з яких визначається тепловий потік, отримуваний від Сонця, лежить на поверхні Землі. Для об'єктів, розташованих на Землі, використовують таку формулу:

де σ = 5,670367 · 10 -4 , Вт / (м 2 · До 4) - постійна Стефана-Больцмана;

F - площа поверхні тепловосприйняття, м 2;

З 2 – ступінь чорноти поверхні теплосприйняття;

Т 1 – температура теплового випромінювача, на поверхні Сонця прийнято вважати, що вона становить Т 1 = 6000 К;

Т 2 – температура теплоприймача – це поверхня, що нагрівається сонячним випромінюванням, (T 2 = t 2 + 273), K;

де t 2 - Температура теплоприймач (тіла на Землі), ° С;

ϕ – кут падіння сонячних променів, °.

Що таке колектор та призначення сонячних колекторів

Під сонячним колектором розуміють пристрій, який збирає енергію випромінювання, та був переміщує накопичену теплоту споживачам. На практиці використовують ще один термін – геліоколектор.

За призначенням сонячні установки (геліоустановки) використання поділяють:

• Геліоконцентратори - пристрої, що збирають сонячну енергію у вузький потік. Їх використовують для плавки металу. В інституті НВО «Фізика-Сонце» (м. Ташкент) було розроблено та виготовлено плавильні печі, в яких досягнуто температури понад 5000…5500 °С;
• сонячні батареї - пристрої для перетворення випромінювання від Сонця на електричну енергію;
• геліоопреснувальні установки - машини, призначені для отримання прісної води з води з високим вмістом мінеральних солей;
• геліосушильні установки - теплові пристрої, в яких здійснюється видалення вологи з овочів та фруктів з використанням енергії Сонця;
• геліонагрівачі (повітряний сонячний колектор) – установки для передачі теплового потоку від інфрачервоного випромінювання теплоносіям.

Як працює сонячний колектор

Сонячне випромінювання, крім видимого світла, має ще й невидимий інфрачервоний спектр. Саме вона й переносить теплову енергію. З досліджень встановлено, що у зоні помірного клімату інтенсивність теплового випромінювання опівдні сягає понад 5 кВт/м 2 . На рис. 1 представлена ​​залежність сумарної інсоляції для 48° північної широти.

Мал. 1 Сумарна інсоляція сонячного випромінювання для різних періодів помірної зони Європи

Інформація до роздумів! Теплову радіацію поділяють на: пряму та розсіяну. Тому навіть у похмурий день відчувається надходження сонячного теплового потоку. З представленої ілюстрації видно, що кількість теплоти, що надходить у літній і зимовий періоди, має значні відмінності. Тому при проектуванні пристроїв враховують можливу ефективність, відповідно до витрат.

Принципова схема геліоколектора представлена ​​на рис. 2. Сонячна радіація надходить усередину колектора через світлопрозору огорожу. На приймальній панелі, пофарбованій у чорний колір, відбувається поглинання теплоти. Внаслідок цього відбувається нагрівання чорного тіла. Подальший процес теплопередачі відбувається конвекцією. Теплота передається від нагрітої стінки до потоку рідини (газу), що переміщується трубопроводами. Рухливе середовище нагрівається.

Увага! Для запобігання тепловим втратам огорожа колектора теплоізолюється. Так як всередині отримана теплота використовується на нагрівання потоку, інтенсивність відбитого випромінювання від панелі, що сприймає випромінювання, невисока.

Подорожчання традиційних джерел енергії спонукає власників приватних будинків підшукувати альтернативні варіанти обігріву житла та нагріву води. Погодьтеся, фінансова складова питання відіграє не останню роль у виборі опалювальної системи.

Один із найперспективніших способів енергозабезпечення – перетворення сонячного випромінювання. Для цього задіяні геліосистеми. Розуміючи принцип їх влаштування та механізм роботи, зробити сонячний колектор для опалення своїми руками не складе особливих труднощів.

Ми розповімо вам про конструктивні особливості геліосистем, запропонуємо просту схему складання та опишемо матеріали, які можна задіяти. Етапи робіт супроводжуються наочними фотографіями, матеріал доповнений відеороликами про створення та введення в експлуатацію саморобного колектора.

Сучасні геліосистеми – один із отримання тепла. Вони застосовуються як допоміжне опалювальне обладнання, що переробляє сонячне випромінювання на корисну власникам будинку енергію.

Вони здатні повністю забезпечити гаряче водопостачання та опалення в холодну пору року лише у південних регіонах. І те, якщо займають досить велику площу та встановлені на відкритих, не затінених деревами майданчиках.

Незважаючи на велику кількість різновидів, принцип роботи у них однаковий. Будь-яка є контуром з послідовним розташуванням приладів, що постачають теплову енергію, і передають її споживачеві.

Основними робочими елементами є або сонячні колектори. Технологія на фотопластинах дещо складніша, ніж трубчастого колектора.

У цій статті ми розглянемо другий варіант – колекторну геліосистему.

Сонячні колектори поки що служать допоміжними постачальниками енергії. Повністю перемикати опалення будинку на геліосистему небезпечно через неможливість прогнозувати чітку кількість сонячних днів.

Колектори є системою трубок, з'єднаних послідовно з вихідною і вхідною магістраллю або викладених у вигляді змійовика. По трубках циркулює технічна вода, повітряний потік або суміш води з будь-якою незамерзаючою рідиною.

Циркуляцію стимулюють фізичні явища: випаровування, зміна тиску та щільності від переходу з одного агрегатного стану в інший та ін.

Збір та акумуляція сонячної енергії проводиться абсорберами. Це суцільна металева пластина із зачорненою зовнішньою поверхнею, або система окремих пластин, приєднаних до трубок.

Для виготовлення верхньої частини корпусу кришки використовуються матеріали з високою здатністю до пропускання світлового потоку. Це може бути оргскло, подібні полімерні матеріали, загартовані види традиційного скла.

Для того щоб унеможливити втрати енергії з тильного боку приладу в короб укладається теплоізоляція

Треба сказати, що полімерні матеріали досить погано переносять вплив ультрафіолетових променів. Усі види пластику мають досить високий коефіцієнт теплового розширення, що часто призводить до розгерметизації корпусу. Тому використання таких матеріалів для виготовлення корпусу колектора варто обмежити.

Вода як теплоносій може застосовуватися тільки в системах, призначених для постачання додаткового тепла в осінній/весняний період. Якщо планується цілорічне використання геліосистеми перед першим похолоданням, технічну воду змінюють на суміш її з антифризом.

Якщо сонячний колектор встановлюється для обігріву невеликої будови, що не має зв'язку з автономним опаленням котеджу або централізованими мережами, споруджується найпростіша одноконтурна система з нагрівальним приладом на початку її.

У ланцюжок не включають циркуляційні насоси та нагрівальні пристрої. Схема дуже проста, але працювати вона може лише сонячним літом.

При включенні колектора у двоконтурну технічну споруду все набагато складніше, але й діапазон придатних для застосування днів суттєво збільшено. Колектор обробляє лише один контур. Переважне навантаження покладається на основний опалювальний агрегат, який працює на електроенергії чи будь-якому виді палива.

Домашні фахівці винайшли більш дешевий варіант - спіральний теплообмінник з .

Цікаве бюджетне рішення – абсорбер геліосистеми із гнучкої полімерної труби. Вибір підручних засобів, з яких можна виготовити теплообмінник сонячного колектора, досить широкий. Це може бути теплообмінник старого холодильника, поліетиленові водопровідні труби, сталеві панельні радіатори та ін.

Важливим критерієм ефективності є теплопровідність матеріалу, з якого виготовлений теплообмінник.

Для самостійного виготовлення оптимальним варіантом є мідь. Вона має теплопровідність, яка становить 394 Вт/м². У алюмінію цей параметр варіюється від 202 до 236 Вт/м2.

Однак велика різниця в параметрах теплопровідності між мідними та поліпропіленовими трубами зовсім не означає, що теплообмінник з мідними трубами видаватиме в сотні разів більші обсяги гарячої води.

За рівних умов продуктивність теплообмінника з мідних труб буде на 20% ефективнішою, ніж продуктивність металопластикових варіантів. Отже, теплообмінники, виготовлені з полімерних труб, мають право на життя. До того ж такі варіанти коштуватимуть набагато дешевше.

Незалежно від матеріалу труб, всі з'єднання як зварні, так і різьбові повинні бути герметичні. Труби можна розташовувати як паралельно друг до друга, і у вигляді змійовика.

Схема за типом змійовика зменшує кількість сполук – це знижує ймовірність протікання та забезпечує більш рівномірний рух потоку теплоносія.

Верх коробки, в якому знаходиться теплообмінник, закривається склом. Як альтернативу можна використовувати сучасні матеріали, типу акрилового аналога або монолітного полікарбонату. Світлопрозорий матеріал може бути не гладким, а рифленим чи матовим.

Висновки та корисне відео на тему

Процес виготовлення елементарного сонячного колектора:

Як зібрати та ввести в експлуатацію геліосистему:

Звичайно, самостійно зроблений сонячний колектор не зможе конкурувати з промисловими моделями. Використовуючи підручні матеріали, досить складно досягти високого ККД, яким володіють промислові зразки. Але й фінансові витрати будуть набагато меншими порівняно з придбанням готових установок.