Используем солнечную энергию по назначению: как сделать коллектор своими руками

Солнечный коллектор — это устройство, предназначенное для поглощения солнечной энергии и преобразования её в тепловую с целью дальнейшей её передаче теплоносителю. Классическое устройство представляет собой чёрную металлическую пластину, помещённую в стеклянный или пластмассовый корпус, поверхность которой поглощает радиацию. Их существует несколько видов и предназначение может быть разное. Давайте рассмотрим подробнее принцип работы этого устройства, а также поэтапное изготовление этого объекта своими руками.

Какие существуют

В зависимости от температуры, которую могут достигать пластины, коллекторы бывают:

  • низких температур — не дают энергии большой мощности, они нагревают воду не более 50 градусов по Цельсию;
  • средних температур — прогревают воду уже до 80 градусов, поэтому их можно использовать для обогрева помещений;
  • высоких температур — используются в основном на промышленных предприятиях, и в домашних условиях их сделать невозможно.

Интегрированные коллекторы делятся на:

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

Накопительный интегрированный или по-другому термосифонный коллектор. Он может не только нагревать воду, но и какое-то время поддерживать некоторое время нужную температуру. В нем нет насосов, поэтому он гораздо экономичнее остальных вариантов. Устройство-накопитель представляет собой конструкцию из одного или нескольких баков, заполненный водой и помещённых в теплоизоляционный ящик. Сверху на баках лежит стеклянная крышка, которая проходит через стекло и нагревает воду. Это недорогой, лёгкий в обслуживании и простой в эксплуатации вариант. Однако зимой его применение весьма затруднительно.

Плоский коллектор внешне напоминает обычный плоский металлический ящик, внутри которого помещена чёрная пластина, поглощающая солнечный свет. Стеклянная крышка ящика усиливает его, стекло имеет низкое содержание железа, такие образом способствуя поглощению всех лучей. Сам ящик термоизолирован, а чёрная пластина тепловоспринимающая, благодаря чему и выделяется тепло. Однако КПД пластины всего 10%, поэтому она дополнительно покрывается слоем аморфного полупроводника. Плоские коллекторы используются для подогрева воды в бассейнах, отопления помещений и иных бутовых нужд.

В жидкостных накопителях основным теплоносителем становится жидкость.Они бывают остеклёнными и неостеклёнными, с замкнутой и разомкнутой системой теплообмена.

Воздушные коллекторы гораздо дешевле своих водных собратьев. Они не замерзают зимой, не подтекают. Их используют для сушки сельскохозяйственных продуктов.

Существует еще один вид — концентраторы, они отличаются концентрацией солнечных лучей. Это происходит благодаря зеркальной поверхности, которая направляет свет на поглотители. Главный их недостаток — это невозможность работы в пасмурные дни, поэтому их используют в странах с жарким климатом.

Солнечные печи и дистилляторы. Дистилляторы работают на принципе испарения воды, тем самым не только дают теплоэнергию, но и очищают воду. Печи также используют как для обогрева, так и для стерилизации воды.

Фотогалерея: различные виды коллекторов

Схема работы

Коллектор состоит из двух главных частей: светоулавливателя и теплообменного аккумулятора, который преобразует энергию радиации в тепловую энергию и передаёт её теплоносителю. Накопители могут быть вакуумными, трубными и плоскими. В первых конструкция похожа на термос: одна труба вставлена в другую, а между ними имеется вакуум, создающий идеальную теплоизоляцию. Благодаря цилиндрической форме труб, солнечные лучи попадают на них перпендикулярно и передают максимум энергии.

Схема работы солнечного коллектора
Солнечный коллектор состоит из двух главных частей: светоулавливателя и теплообменного аккумулятора

Теплоносителем в таких конструкциях является обыкновенная вода. Она может не только отапливать помещение, но и служить для бытовых нужд. При этом нет выделений углекислого газа в атмосферу, что весьма актуально в наши дни. К тому же не требуется никаких затрат на топливо, а эффективность коллектора составляет 80%. На большей части России в период с марта по октябрь в среднем в сутки солнцем вырабатывается 4−5 кВтч/м2, что позволяет небольшим устройством размером 2м2 нагревать ежедневно до 100 л воды.

Для всесезонного использования коллектор должен иметь обширную поверхность, два контура с антифризом и дополнительные теплообменники. Таким образом, благодаря грамотно использованной энергии можно получать бесплатное тепло 7 месяцев в году, независимо от того ясно на улице или нет.

Тепловая энергия для вашего дома: как сделать коллектор своими руками?

Для изготовления устройства в ход могут идти листы поликарбоната, медные или полипропиленовые трубы.

Самой универсальной конструкцией является разработка болгарского инженера Станислава Станилова. Основной принцип действия этого коллектора — это использование парникового эффекта. Накопитель представляет собой помещённый в теплоизолированную деревянную коробку трубчатый радиатор, сваренный их стальных труб. Для подведения и отведения воды используются водопроводные трубы диаметром 1 или ¾ дюйма.

Коробка теплоизолируется со всех сторон при помощи пенопласта, пенополистирола, минеральной или эковатой. Особенно тщательно изолируется дно, куда поверх изоляции кладётся лист оцинкованного кровельного железа, на который ставится сам радиатор. Он закрепляется в коробке стальными хомутами. Металлический лист и радиатор красятся чёрной матовой краской, а коробка со всех сторон, кроме стеклянной крышки, покрывается белой краской. Покровное стекло, через которое будет проходить к радиатору солнечный свет, хорошо герметизируется. Накопителем тепла может служить металлическая бочка, помещённая в дощатой или фанерной коробке, в полости которой заполняется эковатой, сухими опилками, керамзитом, песком.

Необходимые инструменты и материалы

Солнечный коллектор
Основной принцип действия такого коллектора — использование парникового эффекта

  • стекло (например, 1700/750 мм);
  • рама под стекло;
  • оргалит для дна;
  • доска сечением 120/25 мм;
  • стальная полоса сечением 20/2,5 мм, длина 3 м;
  • накладка-уголок;
  • деревянный брусок сечением 50/30 мм;
  • соединительная муфта;
  • труба радиатора;
  • приёмная труба радиатора ;
  • хомуты для крепления;
  • оцинкованное железо в качестве отражателя;
  • теплоизолятор;
  • бак на 200−300 литров.

Изготовление: пошаговые действия

Солнечный коллектор
Конструкция солнечного коллектора проста

  1. Из досок сколачивается короб, днище которого усиливается брусом.
  2. На дно укладывается теплоизоляция (пенопласт, пенополистирол, минеральная вата), поверх которой кладётся лист железа или жести.
  3. Сверху ставится радиатор и закрепляется хомутами из стальной полосы.
  4. Все соединения герметизируются, стыки и щели замазываются.
  5. Трубы радиатора и металлический лист выкрашиваются в чёрный цвет.
  6. Короб и бак для воды выкрашивается в серебристый цвет. Бак для воды помещается в теплоизолированный короб или бочку (между баком и стенами короба насыпается теплоизоляционный материал).
  7. Для создания постоянного небольшого давления приобретается аквакамера с поплавковым клапаном, как в бочке унитаза. Её можно приобрести в магазине сантехники.
  8. На чердаке дома, под крышей размещается аквакамера и накопитель воды (бак). Аквакамера помещена выше бака как минимум на 0,8 м.
  9. Коллектор размещается на крыше южной стороны дома под углом 450 к горизонту.
  10. Далее идёт соединение всей системы между собой трубами: полудюймовыми трубами монтируется высоконапорная часть системы от аквакамеры до водопроводного ввода.  Дюймовыми трубами монтируются низконапорные части. Минимальное количество труб — 12 штук, но, в зависимости от расстояний между частями коллектора, понадобится 18−15 труб, но не менее 12.
  11. Чтобы избежать воздушных пробок, система заполняется водой с нижней части радиатора. Как только вся система наполнится водой, из дренажной трубки аквакамеры польётся вода.
  12. Открываем вентиль в трубе для заполнения бака.
  13. Вода начинает нагреваться сразу же. Тёплая вода поднимается вверх, вытесняя холодную, и та автоматически поступает в радиатор.
  14. Как только часть воды будет использована, поплавковый клапан в аквакамере сработает, и холодная вода снова поступит в нижнюю часть системы. Смешивания воды при этом не происходит.

В ночное время желательно перекрывать доступ воды в бак, чтобы не возникли теплопотери.

Видео: устройство воздушного солнечного коллектора для отопления дома

Видео: используем солнечную энергию для подогрева бассейна

Видео: изготовление и установка коллектора для обогрева теплицы

Видео: простое устройство для сбора солнечной энергии из пивных банок

Используйте солнечную энергию для отопления дома, обогрева теплицы или бассейна. Солнечный коллектор поможет вам сэкономить немало средств и прослужит очень долго.

Виталий
2016-03-29 11:15:04
"В ночное время желательно перекрывать доступ воды в бак, чтобы не возникли теплопотери" Это возможно как-то автоматически контролировать? каждый день не всегда успеешь. М.б. обратный клапан поставить на вход?
Алексей
2016-05-30 18:00:26
Фото-реле для наружнего освещения (500р) + шаровый кран с электроприводом китайский (около 1000р)
Роман
2016-06-02 22:12:58
Что делать, если крыша, на которую ставится солнечный коллектор, частично перекрывается от солнца близлежащими высотными домами и высокими деревьями? Как увеличить вырабатываемую мощность в этом случае? Можно ли сделать систему из нескольких коллекторов, чтобы увеличить генерируемое тепло? Что делать в зимнее время во избежания замерзания системы?
Chupacabra
2016-06-24 06:38:40
Солнечные коллекторы – это отличный способ сэкономить энергоресурсы. Бесплатная солнечная энергия сможет как минимум 6-7 месяцев в году обеспечивать теплую воду для хозяйственных нужд. А в остальные месяцы – еще и помогать системе отопления.
Федя
2016-07-04 20:13:13
Можно поставить таймер с эл.магнитным клапаном. Выставить время и будет счастье.
Бывалый
2016-07-26 18:32:04
Нет, в таком случае реле времени не поможет, - а вдруг непогода? Здесь нужен электроклапан с хитрой электроникой, а именно, электроника оценивает температуру теплоносителя в коллекторе и в накопительном баке (два датчика). В случае понижения температуры в коллекторе (неважно в каком температурном диапазоне это происходит) относительно температуры в накопительном баке хотя бы на пару градусов, электроника должна давать команду на закрытие электроклапана.
Виктория
2016-10-04 11:05:07
Интересная информация и ролик, все доступно и понятно описано. У нашего народа так хорошо работают мозги, что они могут додуматься до чего угодно. Не совсем презентабельный внешний вид у коллектора, конечно, но зато, я думаю, по цене выгоднее, чем готовый купить.
Василий
2016-10-13 16:18:13
А смысл делать своими руками, если можно купить готовый солнечный коллектор, готового производства и поставить. Это не будет безопаснее?
Рома
2016-12-22 14:54:50
Ахахаха, автор юморист- "Сверху на баках лежит стеклянная крышка, которая проходит через стекло и нагревает воду." Или двоечник-"Они нагревают воду не более 500С. Коллекторы средних температур прогревают воду уже до 800С..." Точно двоечник-"Стеклянная крышка ящика усиливает солнечный свет." Ещё перл-"а чёрная пластина тепловоспринимающая, благодаря чему и выделяется тепло."