Вакуумный солнечный коллектор: принцип работы + как собрать самому

Вакуумный солнечный коллектор своими руками – инструкция!

Сегодня вакуумные солнечные коллекторы можно встретить преимущественно в отоплении и горячем водоснабжении. Такие приборы по принципу работы напоминают обычные панельные конструкции – у тех и других изолированный корпус, сверху накрытый стеклом.

Вакуумный солнечный коллектор своими руками

Основным отличием можно считать способ преобразования солнечной энергии – этот процесс происходит в стеклянных трубах с созданным внутри вакуумом. Собственно, именно поэтому такую конструкцию называют вакуумной. В каждой трубке имеется тепловой канал, выполненный в виде медного патрубка, наполненного теплоносителем. Для соединения трубок используются отдельные стыковочные элементы.

Вакуумный солнечный коллектор с тепловыми трубками

Вакуумная трубка

Именно эти особенности конструкции и предопределяют основные преимущества вакуумных коллекторов.

Обратите внимание

Да, такие системы очень сложные, за ними нужен особый уход, а ввиду высокой стоимости многим такие коллекторы попросту не по карману.

Но высокая производительность с лихвой окупает все эти недостатки – панельные коллекторы, как известно, способны работать лишь в летнее время, а вакуумные используются даже зимой.

Распределитель коллектора

О преимуществах вакуумных коллекторов

Основное достоинство таких систем – практически полное отсутствие теплопотерь, ведь что может быть лучшим изолятором, чем вакуум?

Благодаря минимальным теплопотерям вакуумные коллекторы успешно используются в системах ГВС и для отопления дома

К другим преимуществам можно отнести следующее:

• простоту ремонта – каждый поврежденный узел можно с легкостью заменить;
• эффективность работы даже при минус 30°С;
• надежность – гелиосистема продолжит свою работу даже после того, как одна из трубок выйдет из строя;
• способность генерировать температуру более 300°С;
• возможность работы даже в облачную погоду и полное поглощение солнечной энергии, в том числе невидимых спектров;
• незначительную парусность коллектора.

Конструкцию гелиосистемы можно устанавливать под углом, не превышающим 20°. Более того, ее поверхность следует периодически очищать от грязи и снега.

Вакуумные радиаторы отопления

Разновидности вакуумных коллекторов

Разновидности вакуумных коллекторов

В конструкции коллекторов используются два типа стеклянных трубок:

Ознакомимся подробнее с каждым из них.

Трубка коаксиальная

Это своего рода термос, который состоит из двойной колбы. Наружная колба покрывается специальным веществом, поглощающим тепло. Между двумя трубками создается вакуум. Это позволило добиться того, что тепло при работе передается непосредственно от стеклянных колб.

Обратите внимание! В вакуумных коллекторах используется специальное стекло, изготовленное из боросиликатов. Такой материал пропускает большее количество солнечной энергии.

Внутри каждой трубки находится еще одна – медная (ее заполняют эфирной жидкостью). При повышении температуры эта жидкость испаряется, передает накопленное тепло и стекает обратно в виде конденсата. Далее цикл повторяется снова и снова.

Трубка перьевая

Такого рода трубки состоят из одностенной колбы. К слову, по толщине стенок они существенно превышают коаксиальные аналоги. Медная трубка усиливается специальной гофрированной пластиной, обработанной влагопоглощающим веществом. Выходит, что воздух в данном случае выкачивается из всего теплового канала.

Такие каналы, к слову, тоже бывают разными:

• прямоточными;
• «Хит пайп».

Каналы типа «Хит пайп»

Теплообмен в вакуумном солнечном коллекторе типа “Heat Pipe”

Другое их название – тепловые трубы.

Они работают следующим образом: эфирная жидкость в закрытых трубах при повышении температуры поднимается вверх по каналу, после чего конденсируется там в специально оборудованном теплосборнике.

В последнем жидкость передает тепловую энергию и опускается вниз по трубке. Из теплосборника тепло передается дальше в систему при помощи циркулирующего теплоносителя.

Коаксиальная вакуумная трубка heat-pipe с 2-трубным manifold’ом

Характерно, что металлические трубки здесь могут быть не только медными, но и алюминиевыми.

Прямоточные каналы

В каждом из таких каналов в стеклянной трубке находятся сразу два металлических патрубка. По одному из них жидкость попадает в колбу, нагревается там и выходит по второму.

Сооружаем вакуумный солнечный коллектор своими руками

В принципе, вакуумную гелиостанцию можно сделать и своими руками, но это крайне сложная и ответственная работа, ведь вам нужно не только создать вакуум в каждой из трубок, но и грамотно впаять абсорбер. Для всего этого требуется и специализированное оборудование, и соответствующие знания. Более того, во время монтажа следует соблюдать целый ряд условий.

1. Выбор правильного места установки (обязательно с юга), устранение всего, что может создавать тень.
2. Обеспечение движения теплоносителя исключительно снизу вверх.
3. Предотвращение перегрева коллектора – это выведет из строя всю систему.

Словом, вакуумная гелиостанция – это крайне сложная система, которую лучше приобретать уже в готовом виде. Действительно, можно ли создать самодельную модель такого устройства, если заводов, выпускающих такого рода продукцию, в мире не более двух десятков? Именно по этой причине в нашем случае можно говорить лишь о самостоятельной сборке конструкции из заводских колб.

Но и тут есть проблема. Для правильной установки нужно иметь слесарские навыки, чтобы не нарушить герметичность труб. Поэтому намного проще купить готовое, пусть и дорогое изделие, чем собрать самому и каждый раз, включая его, опасаться поломок.

Как собрать воздушный коллектор

Если же вы решились провести сборку гелиосистемы своими руками, для начала позаботьтесь обо всех необходимых инструментах.

Что потребуется в работе

1. Отвертка.

2. Разводной, трубный и торцевой ключи.

Комплект торцевых ключей

3. Сварка для пластиковых труб.

Сварка для пластиковых труб

4. Перфоратор.

Перфоратор

Технология сборки

Для сборки желательно обзавестись хотя бы одним помощником. Сам процесс можно разбить на несколько этапов.

Первый этап. Сначала соберите раму, желательно сразу в том месте, где она будет установлена. Оптимальный вариант – крыша, туда можно по отдельности передать все детали конструкции. Сама процедура монтажа рамы зависит от конкретной модели и прописывается в инструкции.

Второй этап. Прочно закрепите раму на крыше. Если крыша шиферная, то используйте брус обрешетки и толстые шурупы, если бетонная – то обычные анкера.

Обычно рамы рассчитаны на монтаж на ровные поверхности (максимум – под 20-градусным наклоном). Герметизируйте места крепления рамы к поверхности крыши, иначе они будут протекать.

Третий этап. Пожалуй, самый сложный, ведь вам предстоит поднять на крышу тяжелый и габаритный накопительный бак. Если нет возможности использовать спецтехнику, укутайте бак в плотную ткань (во избежание возможных повреждений) и поднимите его на тросе. Затем прикрепите бак к раме с помощью шурупов.

Четвертый этап. Далее вам предстоит смонтировать вспомогательные узлы. Сюда можно отнести:

• ТЭН;
• температурный датчик;
• автоматизированный воздуховод.

Каждую из деталей установите на специальную смягчающую прокладку (такие тоже идут в комплекте).

Обратите внимание! Температурный датчик закрепляется с помощью торцевого ключа!

Пятый этап. Подведите водопровод. Для этого можете использовать трубы из любого материала, главное, чтобы он выдерживал температуру в 95°С тепла. Кроме того, трубы должны быть устойчивыми к низким температурам. С этой точки зрения больше всего подходит полипропилен.

Шестой этап. После подключения водопровода заполните накопительный бак водой и проверьте на герметичность. Посмотрите, не протекает ли трубопровод – оставьте на несколько часов наполненный бак, после чего внимательно все осмотрите и, в случае необходимости, устраните неисправность.

Седьмой этап. Убедившись, что герметичность всех соединений в норме, приступите к установке нагревательных элементов.

Для этого оберните медную трубку листом алюминия и поместите в стеклянную вакуумную трубку. На нижнюю часть стеклянной колбы наденьте чашку-фиксатор и резиновый пыльник.

Медный наконечник на другом конце трубки вставьте до упора в латунный конденсатор.

Обратите внимание! На стеклянных трубках вы заметите вязкое вещество. Не удаляйте его ни в коем случае – это термоконтактная смазка.

Осталось лишь защелкнуть чашку-фиксатор на кронштейне. Аналогичным образом установите остальные трубки.

Восьмой этап. Установите на конструкции монтажный блок и подведите к нему питание в 220 вольт. Затем подсоедините к этому блоку три вспомогательных узла (их вы установили на четвертом этапе работы).

Несмотря на то, что монтажный блок влагозащищен, постарайтесь накрыть его козырьком или какой-либо другой защитой от атмосферных осадков. Затем подсоедините к блоку контроллер – он позволит мониторить и регулировать работу системы.

Установите контроллер в любом удобном месте.

На этом монтаж вакуумного коллектора закончен. Внесите все необходимые параметры в контроллер и запустите систему.

Важно

И последний (но не по значимости) важный совет: не забывайте о регулярном обслуживании установки – это не только повысит эффективность ее работы, но и продлит срок эксплуатации.

Также на нашем сайте Вы можете прочитать статью о терморегуляторах для радиатора отопления.

Видео – Вакуумный солнечный коллектор

Принцип работы вакуумного солнечного коллектора с трубками — описываем подробно

Солнечный коллектор – техническое устройство для поглощения тепловой энергии солнца в видимом и инфракрасном диапазонах с дальнейшей передачей полученной энергии теплоносителю. Используется в системах отопления и горячего водоснабжения зданий. По конструкции бывают: плоские и вакуумные.

Процесс нагревания воды от солнца

Для того, чтоб солнечное светило могло осуществить нагрев воды, должны быть осуществлены некоторые предпосылки. На протяжении всего года расход остается практически на одном и том же уровне. Именно по этой причине в роли энергетического источника для нагрева жидкости эффективнее всего использовать энергию большого светила – Солнца.

Если правильно осуществить установку солнечных коллекторов, то они способны увеличить температуру воды на 50- 65% в холодное время и до 100% в летнее.

Такие условия работы системы свидетельствуют о том, что в теплое время года можно будет отказаться от использования традиционных систем обогревания при помощи газа или электричества.

Использование такой системы в летнее время является крайне выгодным еще и по той причине, что выработанной энергии хватает даже на питание некоторых бытовых электрических машин, работающих на благо домашнего хозяйства.

Важным достоинством современных солнечных водонагревательных установок является простота технологического новшества, использование которого дает возможность жить комфортно, экономно, без нанесения вреда для окружающей среды.

Конструкция и принцип работы вакуумного солнечного коллектора

Предназначение плоского вакуумного солнечного коллектора заключается в обеспечении аккумулирования солнечной энергии при любых погодных условиях и температуре окружающей среды.

Как работает коллектор?

• Одним из важнейших элементов конструкции является автоматизированный резервуар-теплообменник, способный преобразовывать, поддерживать и сохранять тепло, полученное при накоплении солнечной энергии, а также и от дополнительных источников энергии, которые используются для подстраховки работоспособности системы отопления в целом.

• Вода, нагретая до определенной температуры, из теплообменника, расположенного во внутреннем блоке, подается в радиаторы, использующиеся для системы отопления, при этом вода, находящаяся в резервуаре, поступает в бак для поддержания ГВС.

• Для контроля значений рабочей температуры блоков и выбора требуемого режима работы системы установлен блок управления. Он отвечает за поток энергии теплового носителя через теплообменник и определяет куда именно стоит направить тепло: на водоснабжение либо отопление.

• В ночное время суток автоматика поддерживает минимальные параметры работы системы и поддерживает значения установленной температуры.

• Основное преимущество использования вакуумных солнечных коллекторов для отопления дома — это их малая инерционность. При этом их использование позволяет обеспечивать горячее водоснабжение в течение года и отопление в холодный период, позволяющее экономить традиционно использующиеся источники получения тепловой энергии.

Схема и конструкция солнечного коллектора

вакуумный солнечный коллектор — схема и принцип работы

Основные блоки вакуумного коллектора: непосредственно вакуумный коллектор, резервуар-теплообменник и системный контроллер солнечных систем нагрева воды. Конструктивно вакуумный коллектор выполнен в виде трубчатых профилей, соединенных параллельными рядами.

Как правило используются трубы конструкции ”стекло-стекло”, произведенные из боросиликатного стекла. Для покрытия внутренней трубы используется селективный слой, предназначенный для абсорбции солнечной энергии и устранения тепловых потерь. Функциональность таких труб позволяет их использовать при пасмурной погоде.

При отрицательных температурах происходит преобразование в тепло как прямых, так и рассеянных солнечных лучей. Также для образования тепла используется природное ИК-излучение. Конструкция вакуумной трубы реализована по принципу термоса: она изготовлена из двух трубок различного диаметра, между которыми поддерживается вакуум.

Вакуум обладает фактически нулевой теплопроводностью и обеспечивает высокий уровень термоизоляции.

• Вакуумные трубы во всесезонных системах имеют дополнительные термотрубки или тепловые трубки. Они представляются собой медные трубки, наполненные жидкостью с низкой температурой кипения. При непосредственном воздействием тепла происходит испарение жидкости. При этом забирается тепло самой трубки. Далее пар поднимается в расположенный выше наконечник, где происходит его конденсация и передача тепла тепловому носителю в основном контуре либо специальной жидкости, находящейся в отопительном контуре. Далее конденсат по стенкам стекает вниз и процесс возобновляется.

как работает солнечный коллектор

• Приемник коллектора как правило изготавливается из меди. При этом чаще всего применяется дополнительная полиуретановая изоляция. Приемник закрыт истом нержавеющего покрытия для дополнительной защиты. Передача тепла осуществляется посредством медной «гильзы» приемника. Отопительный контур отделяется от блока трубок, что позволяет поддерживать работу системы при поломке одной или нескольких трубок. Замена поврежденных трубок производится без слива используемой жидкости из рабочего контура.

• Резервуар-теплообменник выполняет функции бойлера и используется для аккумулирования и сохранения тепла. Резервуар, как правило, имеет внутри конструкции одну либо две спирали для теплообмена.

• Типичная конструкция системы как правило включает насос, манометр и клапан давления, кран для регулирования количества воды, различные соединительные механизмы и вентили, в том числе набор, обеспечивающий безопасное подсоединение резервуара к отопительной системе, вентиль безопасности давления в 6 атм. Бак дополнительно может быть оснащен электрическим нагревателем мощностью 1-3 кВт.

• Если требуется обеспечить единовременную подачу горячего водоснабжения и отопления, происходит распределение аккумулированной солнечной энергии. Когда заданное значение температуры достигается, подача тепла автоматически переводится на контур отопления. Настройки перераспределения тепла могут быть изменены в зависимости от времени года либо климатической зоны. К данной системе отопления могут быть подсоединены дополнительные отопительные приборы.

• Контроллер водонагревательных систем используется для задания значений температуры в резервуаре теплообменника и коллекторе, а также определения требуемого режима работы вакуумного солнечного коллектора согласно полученным данным.

• Основные функции контроллера заключаются в следующем: индикация температуры в основных блоках: коллекторе, резервуаре, индикация значения температуры в обратном потоке теплоносителя, задание температуры запуска, при которой используется принудительная циркуляция в теплоносителе, таймер пуска и остановки всей системы отопления, определение температуры и продолжительности работы функции дополнительного подогрева, задание минимального значения температуры, индикация датчиков, имеющих повреждения.

Конструктивные отличия

Главным конструктивным отличием вакуумных коллекторов являются стеклянные трубки, которые надежно закреплены на базовой панели. Такие трубки покрыты специальным веществом, которое способно притягивать солнечное тепло. Помимо этого, внутри такой трубки находится еще одна, меньшим диаметром.

Следует отметить, что между ними находится вакуум. Именно благодаря этой вакуумной прослойке удается сохранить большую часть тепла и повысить эффективность коллектора более чем на 30%, по сравнению с плоскими моделями. В таких коллекторах вода способна нагреться до 300 °C.

Следующим не менее важным отличием вакуумных коллекторов является специальная жидкость внизу трубки, которая в результате нагревания превращается в пар, поднимаясь вверх, производит равномерное нагревание жидкости.

Совет

Отметим, что именно в регионах с небольшой продолжительностью светового дня и минусовой температурой реализация такой работы аппарата дает существенный выигрыш в количестве добытой тепловой энергии.

Относительно цены такие приборы имеют более высокую стоимость, нежели иные, однако, выходные характеристики оправдываются по истечении нескольких лет.

Как сделать своими руками

Изготовить вакуумный коллектор своими руками возможно, но только в том случае, если воспользоваться вакуумными трубками и блоком концентратором заводского производства. Обусловлено это тем, что в кустарных условиях невозможно создать вакуум внутри основного элемента – трубок, а при попадании воздуха снизится теплопроводность устройства и как следствие КПД создаваемого агрегата.

Для изготовления коллектора понадобятся:

1. Вакуумные трубки – количество определяет конструирующий мастер. Используются трубки промышленного производства;
2. Блок концентратор – в зависимости от количества трубок выбирается тот либо иной размер устройства. Используется агрегат промышленного производства.
3. Материалы для изготовления рамы.

Изготавливается рама коллектора, для этого можно использовать пиломатериалы или профильные элементы из металла. На раме крепится концентратор и вакуумные трубки в следующей последовательности:

• На медный стержень надеваются теплопроводные пластины и заглушки;
• Устанавливается стержень в вакуумную колбу;
• Одеваются фиксирующие чашки;
• Одевается защитный пыльник;
• Стержень помещается в блок-концентратор;
• Процесс повторяется со следующей трубкой.

После сборки солнечный коллектор монтируется на подготовленной плоскости, при этом необходимо учесть следующие условия, как то:

• При монтаже коллектор следует ориентировать на юг;
• Создать условия для недопущения затенения коллектора;
• Создать защиту от перегрева;
• Надежно закрепить коллектор на подготовленной поверхности.

Достоинства вакуумных коллекторов

Для осуществления работы системы используются вакуумные изолированные приспособления.

Главным достоинством таких тепловых соединений является постоянная работоспособность и при пониженных температурах (до — 40 °C) и усиленном давлении водопроводных каналов.

Сам прибор с накопительным баком устанавливаются по отдельности, которые соединяются при помощи специальных металлопрокатных изделий.

Для получения максимального количества солнечной энергии стандартный вакуумный коллектор устанавливают на крыше дома, а накопительную емкость внутри помещения. Такие установки получили название всесезонных сплит-систем.

Работоспособность косвенных устройств автоматизирована при использовании контроллеров, а бесперебойная циркуляция носителя тепловой энергии в системе осуществляет насос.

Главными достоинствами коллекторов солнечного тепла являются:

1. Высокая эффективность процесса даже в условиях минусовой температуры.
2. Легкость установки всей конструкции.
3. Противоветровая устойчивость коллектора.
4. Продолжительность работы.

К недостаткам использования работы такой системы необходимо отнести высокую стоимость оборудования, окупаемого по истечении нескольких лет.

Средние цены

Как уже писалось выше, вакуумные солнечные коллекторы производят в нашей стране и многих странах мира. Для того чтобы понять порядок цифр, из которых складывается ситуация на рынке этих аппаратов, изучим сколько стоят вакуумные коллекторы, которые рассматривались выше, это:

• Стоимость солнечного коллектора «Сокол-Эффект» выпускаемого ВПК «НПО Машиностроения», по состоянию на года составляет — 21900,00 рублей.
• Стоимость коллекторов компании «АльтЭнергия» составляет для:

1. Серии R1 «SunRain» от 24000,00 до 60000,00 рублей в зависимости от конструкции.
2. Серии U от 18000,00 до 35000,00 рублей в зависимости от конструкции.

• Стоимость вакуумных коллекторов компании ПК «АНДИ Групп» составляет:

1. Серия «УНИВЕРСАЛ», от – 47700,00 до 89700,00 рублей в зависимости от модели;
2. Серия «ДАЧА» от 17500,00 до 36000,00 рублей в зависимости от модели;
3. Серия «ДАЧА ЛЮКС» от 24500,00 до 37500,00 рублей в зависимости от модели;
4. Серия SCH от 25400,00 до 61700,00 рублей в зависимости от модели.

• Стоимость коллекторов компании «GREENoneTEC» составляет:

1. Модель FK 8200N 4H VS7E – 454 евро;
2. FK 8200N 4H VS7E – 420 евро.

• Стоимость коллекторов компании «Guangdong Fivestar Solar Energy Co., Ltd» составляет:

1. Серия AL-HP — от 440 до 880 долларов.

Распространенность солнечных коллекторов

На сегодняшний день ситуация распространения солнечных коллекторов претерпела небольших изменений. Ввиду изменения климата в некоторых областях использование солнечных коллекторов приобрело больше популярности.

Солнечные коллекторы с успехом используют как для реализации бытовых нужд, так и для обогрева жилых помещений, на предприятиях различных масштабов, на овощных плантациях. Такой способ получения энергии стал достаточно популярен в Европейских государствах, для которых экономия средств стоит на первом месте: США, Китай, Германия и так далее.

Для всего мира массовый переход на солнечную энергию означает прорыв в современных технологиях, которые обеспечивают большие возможности обеспечения населения планеты бесплатным электричеством, не оказывающим пагубное воздействие на атмосферу.

Использование такого рода коллекторов является прекрасной альтернативой электрического и газового отопления, так как является экологически чистым устройством, не осуществляющим выбросы в атмосферу. Помимо этого наибольшим достоинством использования такого рода устройств является экономическая выгода.

Плюсы и минусы вакуумных коллекторов

К положительным аспектам использования можно отнести следующие:

• Возможность создания полностью автономной системы теплоснабжения.
• Неисчерпаемый, возобновляемый источник энергии, каким является солнце.
• Надежность устройств.
• Ремонтопригодность устройств.
• Экологическая безопасность устройств.

К недостаткам вакуумных коллекторов относятся:

• Высокая стоимость устройств.
• Влияние погодных условий на производительность аппаратов.
• Невозможность повсеместного использования, определяющаяся регионом проживания потенциальных потребителей.

Солнечный коллектор: устройство и принципы работы

В общем, принцип нагревания воды с помощью солнца понимают все, однако, как работает солнечный коллектор, на самом деле, знают немногие. На этот счет существует немало распространенных заблуждений.

Чтобы рассеять эти заблуждения и понять, как работает солнечный коллектор, нужно разобрать в деталях все непонятные, для большинства моменты

Хотя нагревать воду за счёт солнечного тепла люди умеют не первое столетие, современный высокоэффективный гелио-коллектор — продукт уже XX века и всё более популярный в веке XXI.

Обратите внимание

Солнечные коллекторы работают по простому принципу — они сконструированы таким образом, чтобы поглощать как можно больше тепла из солнечного излучения, но при этом как можно меньше полученного тепла излучать обратно в окружающую среду.

То есть, чем больше солнечных лучей попадает на коллектор, тем больше тепла он произведёт. Эта особенность гелиоколлекторов стала причиной возникновения нескольких стереотипов, касающихся их работы.

Например, что гелиоколлекторы способны получать тепло только в солнечную погоду, а при облачности от них нет никакой пользы.

На самом деле даже в облачную погоду коллекторы поглощают тепло из рассеянного света, пусть даже количество этого тепла будет меньше, чем в ясный день.

Другое распространённое мнение: гелиоколлекторы эффективны только летом. Пик их производительности, действительно, совпадает с пиком инсоляции, а это для нашей страны, примерно,  с мая по август.

Однако, они получают тепло от солнца на протяжении всего года, просто по мере сокращения светового дня количество этого тепла становится всё меньше, а сохранить его из¬за снижения температуры воздуха в окружающей среде — всё труднее.

При наличии хорошей теплоизоляции и высокого КПД, коллекторы способны поставлять тепло для системы ГВС и отопления даже в холодную погоду — пусть и не столь много, как летом.

В любом случае, используя гелиоколлекторы, стоит предусмотреть резервный источник тепла — он примет на себя нагрузку по нагреву воды и теплоносителя системы отопления в те периоды, когда полученного от солнца тепла станет недостаточно.

Хотя солнечное тепло налогом не облагается, для того, чтобы его использовать, сначала придётся вложиться в покупку и монтаж гелиоколлекторов и другого оборудования гелиосистемы.

Важно

Причём, если для подогрева небольшого количества воды для дачного домика летом или для бассейна можно обойтись неприхотливой моделью с низким КПД, то для полноценного теплоснабжения жилого дома понадобятся коллекторы иного, более высокого уровня эффективности и более высокой цены соответственно.

Существенные стартовые затраты на создание гелиосистемы отпугивают многих потенциальных покупателей. Однако нужно понимать, что при длительной эксплуатации гелиосистемы потраченные средства окупятся.

Ведь, солнечные коллекторы позволяют уменьшить годовой расход топлива на ГВС, а при определённых условиях — и на отопление.

Поэтому, чем дороже вид топлива, который применяется для теплоснабжения дома, тем короче срок окупаемости гелиосистемы.

Распространено мнение, что использование солнечных коллекторов рационально только в очень немногих регионах Украины, в основном, в южных областях и в Крыму.

Однако практика показывает, что в условиях отсутствия дешёвого топлива для котлов гелиоколлекторы рентабельны во многих областях страны — пусть они и не смогут работать так же эффективно, но всё равно позволят существенно сэкономить на топливе для котлов летом и в межсезонье (в зависимости от модели коллектора).

Принято считать, что использование гелиоколлекторов имеет смысл при среднегодовом приходе солнечной энергии свыше 1000 кВт*ч на 1 м2 горизонтальной поверхности, а под эту характеристику подпадает существенная часть территории Украины

В следующих публикациях мы рассмотрим, непосредственно, строение двух самых распространенных видов солнечных коллекторов: плоских и вакуумных

(Продолжение следует)

Солнечные коллекторы: преимущества, недостатки и эффективность работы| ECODOM|99

Солнечные коллекторы:

преимущества, недостатки

и эффективность работы

Любой владелец частного дома сталкивался с проблемой выбора системы отопления. Особенно данный вопрос актуален для удаленных от городов зон, где необходимо обогреть не только сам дом, но и теплицы, бытовые помещения и пр.

Вопрос экономии тут – один из главных. Печи с котлами нагревания, электрические батареи, дровяные камины – распространенные, но не самые выгодные варианты.

Расходные материалы для них (дерево, уголь, газ, электричество) обходятся дорого, а расходуются очень быстро.

Сегодня технический прогресс шагнул в сторону возобновляемых источников энергии. И одной из таких инноваций стали коллекторы, работающие за счет поглощения солнечного света.

Солнечное излучение – один из самых доступных и распространенных альтернативных источников тепла. А солнечные коллекторы, в свою очередь, — самый простой способ энергию преобразовать. С каждым годом все больше людей рассматривают их в качестве дополнительного источника энергии для дома.

Совет

Но что же представляют собой солнечные коллекторы, чем отличаются между собой и действительно ли они так эффективны? Попробуем разобраться вместе.

Ежедневно на землю падает огромное количество солнечного излучения большая часть которого не используется. Задача коллектора — «впитать» в себя определенную долю этого излучения и преобразовать его в пригодную для человеческих потребностей энергию.

При этом важно отличать:  солнечное излучение может быть преобразовано в 2 вида энергии – тепловую и электрическую.

Солнечные коллекторы применяются для получения тепла и нагрева воды. Они нагревают воду которая используется для ГВС и отопления здания.

Солнечные батареи (они же фотоэлектрические модули) применяются для выработки электроэнергии. Они имеют совершенно другой принцип действия.

Существует также комбинированная технология. Панели, которые одновременно вырабатывают электрическую и тепловую энергию.

Основные принципы работы

Солнечные коллекторы работают по тому же принципу, что и бытовые водонагреватели – энергия действует на тепловой элемент, повышая температуру воды, воздуха или антифриза в полостях отопительных приборов.

Руководящим элементом выступает сам корпус коллектора – плоская пластина площадью несколько квадратных метров.

Обратите внимание

Погодная нестабильность породила идею совмещения энергий солнца и электричества у некоторых приборов такого класса.

При низкой освещенности и прохладной погоде площадь устройства только впитывает доступное тепло, нагревая комплект. Дальнейшее прогревание системы частного отопления проводится уже при участии электричества.

Подобный подход позволяет выжать из установки максимум, хотя расчет затрат останется скромным. Технология получила название «принудительной циркуляции». Как правило, она характерна крупномасштабным коллекторам.

Созависимое функционирование в умеренных поясах планеты используются чаще автономного. Но в условиях преобладания годового активного солнца возможно использовать исключительно природную энергию. Для этого понадобиться только рациональный расчет с правильной теплоизоляцией постройки.

Зимой солнечный комплект способен обогреть до 30-40% жилых помещений.

Автоматизированные экземпляры улавливают и перерабатывают на отопление до 75% дневного света.

Типы солнечных коллекторов

Существует несколько видов солнечных коллекторов, которые отличаются назначением, внешним видом, принципом работы и так далее. Основные отличия можно классифицировать следующим образом:

По конструкции

Плоские светопоглощающие. Представляет собой темный алюминиевый ящик с медными трубками внутри. Снизу ограничен слоем теплоизоляции. Сверху закрыт закаленным стеклом и пропилен-гликолем, выполняющим работу поглотителя солнечных лучей. Функционален в любое время года, популярен ввиду доступной себестоимости.

Вакуумные коллекторы состоят из многочисленных медных трубок. Элементы уложены ровными рядами.

Важно

Каждая трубка с поглощающим и отражающим веществами расположена внутри еще одной стеклянной колбы аналогичной формы, но большего диаметра.

Между стенками емкостей образуется вакуум, выступающий теплоизолятором и проводником. Главным достоинством класса является большая принимающая площадь, а значит, высокий КПД.

По принципу работы

Самотечные — идеальный вариант для дачи или сезонного использования. Это автономная система, которая не требует подключения к электросети.

С принудительной циркуляцией. Этот вид солнечных коллекторов подключается к общей системе отопления и работает под давлением насоса.

По сезонности

Круглогодичные (летом — полноценное обеспечение горячей водой, зимой — поддержка отопления).

Сезонные – используются только летом и в межсезонье. Обычно внутри таких коллекторов течет вода, которая на холоде замерзает. Поэтому на зиму такие системы консервируются.

Плоский и трубчатый солнечный коллекторы.

Все классы подходят для отопления частных домов в равном соотношении. Конкретный тип выбирается исходя из собственных потребностей, финансовых возможностей, площади крыши (или иной поверхности) для установки.

Все виды коллекторов солнечного типа обладают недостатками и достоинствами. Выбирая устройство по своим потребностям, следует обращать внимание на некоторые нюансы.

Совет

Плоские разновидности прочнее остальных, однако, не выгодны при ремонте. Поломка выводит из строя всю систему адсорбции, что увеличивает траты.

Экземпляры данного класса способны нагревать воду на 20-40 градусов выше температуры окружающей среды.

Вакуумные виды коллекторов чувствительны к внешним действиям, быстрее поддаются повреждениям из-за хрупких полых трубок. Между тем, ремонт может быть произведен в виде замены конкретной колбы. Зимой эффективнее плоского типа, поскольку нагревает теплоноситель в более широком диапазоне и дольше поддерживает температуру.

Воздушные виды просты по конструкции, редко требуют ремонтных вмешательств. Стойко выдерживают очень низкие температуры, служат дольше остальных. В целом же, они слабее прогревают помещения.

Преимущества солнечных коллекторов

Экономия газа. Летом солнечные коллектора способны полностью закрыть потребность здания в горячей воде. В межсезонье – весной и осенью, коллекторы снижают нагрузку на газовый котел, что в конечном итоге сокращает потребление газа. В зимнее время коллекторы работают с очень низкой эффективностью.

Энергонезависимость. Используя солнечный коллектор для отопления вы снижаете собственную зависимость от газа. Коллектор является дополнительным источником тепла. Как минимум в летнее время вы сможете бесплатно получать горячую воду не используя для этого газ.

Доступность. Для установки солнечного коллектора не требуется разрешение. Все что нужно – сантехник с прямыми руками и компетентный продавец, знающий все особенности и тонкости монтажа.

Долгий срок службы. Срок службы коллектора – более 15 лет. А значит, вы очень долго сможете пользоваться бесплатным солнечным теплом.

Внешний вид. Любой гелио комплект прост в обслуживании, выглядит эстетично, облагораживает внешний облик частного дома.

Отсутствие грязи, отходов.

Недостатки

Обратите внимание

Стоимость. Цены на солнечные коллекторы для нагрева воды плавают от 500$ до 1000€ за штуку. А целая система «под ключ» состоящая из двух коллекторов будет стоить от 2500$. Немалые начальные вложения, со сроком окупаемости 7-10 лет.

Непостоянство. Солнце нельзя включать и выключать по собственному желанию. Поэтому коллекторы нельзя рассматривать как единственный источник тепла.

Подведем итоги

Солнечный коллектор для отопления – это один из самых распространенных и доступных альтернативных источников энергии для частного дома.

Коллекторы, в первую очередь, следует рассматривать как инвестицию в энергонезависимость. Их срок окупаемости очень велик – 7-10 и более лет. Поэтому ставить коллекторы только ради экономии газа нецелесообразно. Возможно, что с этой задачей лучше справятся и другие альтернативные газу источники тепла — камин с водяным контуром или тепловой насос. Все зависит от ситуации.

Наиболее оправдано использовать коллекторы в южных регионах, где высокая солнечная активность. Самую высокую эффективность они показывают летом и в межсезонье. Зимой вклад в систему отопления хоть и есть, но невелик.

Если вы рассматриваете коллекторы ради экономии газа и денег, то вероятно это будет одно из самых дорогих и наименее эффективных решений. В первую очередь, лучше всего обратить внимание на другие недорогие мероприятия. К счастью, таких множество.

Простой солнечный коллектор своими руками

Мысль об использовании солнечной энергии для собственных нужд старовата, но остается актуальной. Это наиболее доступный и безопасный ресурс тепла и потенциально электричества.

Пока что нам по силам для собственных целей использовать тепловую энергию, естественно, с помощью самодельного солнечного коллектора своими руками, покупать подобную вещь бессмысленно, окупится года через три, не раньше.

Если бог не обидел талантом работать руками, но опыта в постройке подобных устройств не так много, как хотелось бы, попробуйте свои возможности в конструировании самого простого варианта самодельного солнечного коллектора.

Как сделать солнечный коллектор своими руками

Сделать коллектор солнечного тепла на основе теплового насоса или тепловой трубы можно только при наличии хорошей базы знаний о физических процессах, хотя, по сути, они мало чем отличаются от тепловых трубок, охлаждающих плату ноута или видеокарту.

Сделать водяной солнечный коллектор можно, но потребуется не менее 150дол капитала и неделя времени.

Преимущества воздушных солнечных коллекторов

Самым удачным сочетанием характеристик, стоимости и надежности обладает воздушный солнечный коллектор. Мало того, капиталисты умудряются продавать абсолютно простое и примитивное устройство за очень немаленькие деньги.

В чем преимущества «воздушника»:

• В конструкции коллектора просто нечему ломаться. Здесь он даже опережает солнечные концентраторы на основе зеркал, параболоидов и всякой подобной фантастики;
• Даже если в задумке вы сделали огреху или слабину, такой солнечный коллектор, заботливо сложенный своими руками все равно будет работать, его можно будет менять, модифицировать или совершенствовать, пока не достигнете нужного результата;
• Внешний вид солнечного коллектора вряд ли поразит воображение, но тот факт, что на выходе можно получить поток под 70оС, у любого скептика вызовет уважение.

Совет! Прежде чем приступать к решению головоломки, как сделать солнечный коллектор своими руками, задумайтесь о месте его расположения с максимальным уровнем освещения и необходимой защитой от действий завистников-вандалов.

Иногда в запасниках в гараже или сарае без дела и пользы валяются остатки строительных материалов, которые при желании можно использовать при сборке.

Многочисленные видео о материалах для солнечного коллектора своими руками говорят, что проще всего сделать устройство, используя листовой профнастил из оцинкованного железа.

Самые умные пытаются изготовить солнечный коллектор из стальных труб, профиля, алюминиевых банок, бутылок из-под газировки, в общем, из любого хлама, оказавшегося под рукой.

На самом деле, чтобы сделать серьезный тепловой эффект, необходим подходящий материал — медь, алюминий или профнастил, без покраски или полимерного покрытия. От меди откажемся сразу в силу ее дороговизны и высокого риска кражи любителями цветмета.

Какие материалы сделают коллектор самым эффективным

Остановимся на конструкции солнечного коллектора из профнастила или листового алюминия, применение стальных труб снижает эффективность солнечного накопителя, использование тонкостенных алюминиевых профилей дает самый лучший эффект, но требует денег и оборудования. Конкретно, 30мм труба ПАС-1828 ценою потянет на доллар за метр, кроме того, большой объем сварочных работ с использованием электросварки с аргоном, что тоже будет стоить примерно половину всех затрат.

Коллектор из профнастила примерно вдвое хуже собирает тепло, но в разы дешевле. Уменьшение эффективности легко компенсируется, если сделать площадь поверхности конструкции больше.

Кроме профнастила, можно использовать алюминиевый лист, применяемый для термоизоляции печей или нагревательных контуров. Если сделать из него профиль, аналогичный профнастилу, получим конструкцию, при всей дешевизне и простоте работ не уступающую солнечному коллектору из алюминиевых труб.

Этапы изготовления солнечного коллектора

Получив максимум знаний из всего, что доступно в интернете, посчитаем свои материальные возможности и сделаем выбор для первой своей конструкции коллектора.

Совет! При отсутствии опыта и практических результатов оптимальным будет сделать солнечный коллектор из профнастила небольшого размера. Такая постройка благодаря использованию обрезков и остатков материалов может дать неоценимый опыт и избежать ошибок при изготовлении мощных устройств.

После определения примерных размеров коллектора, на основании имеющихся в распоряжении материалов, приступаем к сборке теплообменника. Основание коллектора проще всего сделать из ОСБ плиты толщиной 8-10мм. Кроме того, из этого же материала сделаем подводящие и отводящие воздушные каналы.

Сделаем ряд основных технологических операций в следующей последовательности:

1. На заготовку листа ОСБ уложим сверху лист профнастила или алюминиевого самодельного профиля и сделаем разметку расположения подвода и отвода воздуха, боковых стенок короба. Заготовка из прессованной древесины должна быть больше листа профнастила на 10-15мм на боковые стороны и на 100мм для монтажа верхнего и нижнего воздуховодов;
2. Вырезаем из ОСБ две заготовки шириной 50-60мм, в зависимости от высоты ребра профнастила, размер доски нужно сделать под ширину будущего теплообменника. Ставим заготовку на ребро и прикладываем к торцу стального листа, карандашом или маркером обводим контур профиля на заготовке. Далее электролобзиком сделаем вырез на заготовке ломаной лини, при необходимости подгоняем шлифовальным инструментом так, чтобы контур выреза совпадал с изгибами профнастила. Аналогичную операцию выполним для второго торца листа профиля;
3. Из полученных заготовок сделаем из остатков ОСБ коробчатые воздуховоды, торцы стенок следует сделать с минимальными щелями. Если подвод–отвод воздуха в теплообменник будет осуществляться через боковые окна, для второго отверстия следует сделать заглушку. Как вариант, поток можно подводить-отводить через дополнительное окно в центре воздуховода;
4. Заднюю стенку – основу из ОСБ тщательно грунтуем и окрашиваем несколькими слоями светлой краски или оклеиваем алюминиевой фольгой, используемой для кулинарных целей. Лучшим вариантом будет сделать покрытие из цельного листа металла, лучше оцинкованного.
5. Поверх покрытия, точно по разметке, устанавливаем лист профнастила, края листа и ребра, прилегающие к покрытию основы, можно обработать масляной краской или герметиком. По периметру листа сделаем дополнительное крепление саморезами по дереву.

После высыхания краски монтируем коробчатые воздуховоды и боковые стенки. Торцы боковых стенок и стенки воздуховодов должны находиться в одной плоскости, что позволит наклеить сверху лист стекла или монолитного поликарбоната. После установки стекла, его торцы стоит заклеить матерчатой лентой, чтобы сделать менее чувствительными к случайным ударам или сколам.

Совет! Непростой операцией является чернение поверхности профнастила. Зачастую используют химическое чернение, но если нет опыта, лучше прибегнуть к старой технике с использованием лака и сажи.

Важно

Чтобы сделать построенный солнечный коллектор полноценным тепловым прибором, к окнам подвода и отвода воздуха необходимо прикрепить гофровые трубы и электровентилятор, можно позаимствовать с кухонной вытяжки или сушилки. На выбранном месте установки заведите гофру в отапливаемое помещение и подключите вентилятор к электропитанию.

Испытание солнечного коллектора следует сделать при самых разнообразных погодных условиях и положении солнца. Устройство обладает низкой инерцией, в течение 10-15мин пребывания под прямым солнечным светом температура выходящего воздуха должна подняться минимум до 70оС и выше.

Варианты исполнения солнечного коллектора

Чаще всего воздушные солнечные коллекторы строятся своими руками с целью сделать отопление помещения менее затратным, используются для подогрева жилых домов и складов.

Чемпионами по популярности среди солнечных коллекторов являются самые разнообразные подогреватели для гаражей.

Хитом и высшей точкой целесообразности применения воздушного солнечного коллектора является использование поверхности крыши. Установив коллектор на скатах крыши, хозяин сделает защиту дома от летнего зноя и получит огромный поток теплого воздуха, который по каналам направляется на алюминиевый водный теплообменник, смонтированный на коньке крыши.

Такая схема дает примерно 400Вт/ч с квадрата в период с 9 по 18 часов летом. При наличии теплоаккумулятора вопрос обеспечения горячей водой будет решен без дорогостоящего вакуумного или водяного солнечного коллектора.

Солнечный коллектор своими руками

Самодельный солнечный коллектор из ПВХ шланга сделанный своими руками. Пошаговое изготовление солнечного коллектора мощностью 2,3 кВт*ч для нагрева воды: 19 фото.

С помощью самодельного солнечного нагревателя, можно бесплатно нагревать воду для домашних нужд: для душа, рукомойника, раковины на кухне. Конструкция коллектора довольно проста и сделать его своими руками сможет каждый.

Изготовление самодельного солнечного коллектора

Для сборки коллектора понадобились следующие материалы:

• Лист OSB 2500 х 1250 мм – 1 шт.
• Брус 40 х 50 х 4500 мм – 2 шт.
• Поликарбонат – 2100 х 1200 мм.
• Листы пенополистирола – толщина 20 мм – 3 шт.
• Фольгированный утеплитель – 2 м.
• Перфорированная жесть – 2 м.
• ПВХ шланг – 25 м.
• Эмаль ПФ 115 – 1 л.
• Чёрная краска в баллончике – 1 шт.
• Шурупы 35 мм – 100 шт.

Распилены бруски. Под лист поликарбоната в брусках сделан пропил. Состыковал бруски по углам в замок. Чтобы короб был герметичным, промазал бруски силиконом. Короб основа под солнечный коллектор готова.

В короб уложены листы пенополистирола, сверху наклеен фольгированный утеплитель. Шлаг будет крепиться проволокой, для этого на коробе закрепил полоски перфорированной жести с отверстиями, через которые была вставлена проволока. На дно короба уложен и закреплён проволокой ПВХ шланг.

Концы шланга выведены из короба через отверстия в брусках. Чтобы увеличить площадь поглощения солнечной энергии фольгированная поверхность покрашена чёрной краской из баллончика.

• Короб закрыт поликарбонатом и посажен на силикон.
• Солнечный коллектор подключён к баку ёмкостью на 500 литров.
• Для перекачивания воды по системе был установлен циркуляционный насос.
• Панель коллектора установлена по направлению в солнечную сторону.
• Эффективность работы самодельного солнечного коллектора:
• В 17:00 набрана ёмкость воды 500 л и включен циркуляционный насос, начальная температура воды +24 °С.
• В 18:00 температура воды в баке поднялась до +28°С.

Подсчитаем мощность солнечного коллектора по формуле:

Q=c*m*(t2-t1).

Удельная теплоемкость для воды с = 4183 (Дж*кг*К).

Масса 0.5 куб. м воды m=500.

Температура t2 — t1 = 28 — 24 = 4 °С.

Q = 4183*500*4 = 8366000 (Дж) = 8366 (КДж).

1 (кДж) = 0,28 (Вт/ч)

Мощность самодельного коллектора составила = 2,342 Киловатт в час.

Особенности изготовления солнечного коллектора своими руками

Если вы являетесь сторонником альтернативных методик получения недорогой тепловой энергии, попробуйте сделать элементарный солнечный коллектор своими руками. Его устройство сравнительно простое, а эффективность достаточно высока.

Разновидности солнечных коллекторов – какими они бывают?

Под коллекторами понимают устройства, которые способны поглощать солнечную энергию, модифицировать ее в тепло, а затем отправлять на теплоноситель. Стандартный солнечный коллектор выполняется в виде пластмассового либо металлического корпуса, в который устанавливают пластины черного цвета из металла. Эти пластинки могут нагреваться до какой-либо определенной температуры.

В зависимости от ее величины, коллекторы делят на высоко-, средне- и низкотемпературные. Высокотемпературные устройства изготовить в домашних условиях нереально.

Они создаются по сложным технологиям для эксплуатации на промышленных крупных объектах.

Совет

Среднетемпературные конструкции, аккумулирующие достаточное количество солнечной энергии, можно применять для отопления жилых домов, а низкотемпературные – для подогрева воды. Эти два типа коллекторов вполне возможно сделать самому.

Интересующие нас устройства подразделяют на следующие виды:

• плоские;
• накопительные;
• воздушные;
• жидкостные.

Солнечный коллектор на крыше

Плоский коллектор – это конструкция в виде ящика из металла с пластиной для поглощения света от Солнца. Она накрыта крышкой из стекла с небольшим содержанием железа, за счет чего на тепловоспринимающую пластинку попадает практически весь солнечный свет.

Конструкция обязательно термоизолируется. Коэффициент полезного действия такого коллектора объективно мал – около 10 %. Увеличить его можно посредством нанесения специального полупроводника с аморфными характеристиками на пластину.

Такие устройства годятся для нагрева воды в быту.

Более эффективным считается термосифонный (накопительный) коллектор. Его используют для нагрева воды и поддержания температуры на заданном уровне в помещении в течение некоторого времени.

Конструктивно он выполняется в виде 1–3 баков, устанавливаемых в ящик с теплоизоляцией. Как и плоское устройство, его накрывают крышкой из стекла. В холодную пору применять такой коллектор затруднительно.

А вот летом, когда свет от Солнца очень сильный, его можно эксплуатировать в домашних условиях.