Изготовление солнечного коллектора своими руками

Солнечный коллектор — это устройство, предназначенное для поглощения солнечной энергии и преобразования её в тепловую энергию с целью дальнейшей её передаче теплоносителю. Классический коллектор представляет собой чёрную металлическую пластину, помещённую в стеклянный или пластмассовый корпус, поверхность которой поглощает солнечную радиацию.

Виды солнечных коллекторов

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

• низких температур
• средних температур
• высоких температур

Коллекторы низких температур не дают энергии большой мощности. Они нагревают воду не более 50^°С. Коллекторы средних температур прогревают воду уже до 80^°С, поэтому их можно использовать для обогрева помещений. Коллекторы высоких температур используются в основном на промышленных предприятиях, и в домашних условиях их сделать невозможно.

Интегрированные коллекторы делятся на :

• накопительные интегрированные коллекторы
• 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 таком коллекторе нет насосов, поэтому он гораздо экономичнее остальных вариантов. Коллектор-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. Такой коллектор недорогой, лёгкий в обслуживании и простой в эксплуатации. 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 солнечный свет. Стекло имеет низкое содержание железа, чтобы весь солнечный свет переходил на пластину. 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 солнечные коллекторы используются для подогрева воды в бассейнах, отопления помещений и иных бутовых нужд.

В жидкостных коллекторах основным теплоносителем становится жидкость. Такие коллекторы 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 коллекторов — концентраторы, они отличаются от коллекторов концентрацией солнечных лучей. Это происходит благодаря зеркальной поверхности, которая направляет солнечные лучи на поглотители. Главный недостаток таких коллекторов — 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.

Солнечные печи также используют как для обогрева, так и для стерилизации воды.

Принцип работы солнечного коллектора

Солнечный коллектор состоит из двух главных частей: светоулавливателя и теплообменного аккумулятора, который преобразует энергию радиации в тепловую энергию и передаёт её теплоносителю. Коллекторы 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.

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 солнечного 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 коллектором размером 2м² нагревать ежедневно до 100 л воды.

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

Как сделать солнечный коллектор в домашних условиях?

Самой универсальной конструкцией солнечного коллектора является разработка болгарского инженера Станислава Станилова. Основной принцип действия данного коллектора — это использование парникового эффекта.Коллектор 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, хорошео герметизируется. Накопителем тепла может служить металлическая бочка, помещённая в дощатой или фанерной коробке, в полости которой заполняется эковатой, сухими опилками, керамзитом, песком.

Что надо приобрести для изготовления солнечного коллектора?

• стекло (например, 1700/750 мм) — цена 660−1185 руб/м²
• рама под стекло — цена 420−800 руб.
• оргалит для дна — цена 115−125 руб.
• доска сечением 120/25 мм — цена 4800−5200 руб/м³
• стальная полоса сечением 20/2,5 мм, длина 3 м — цена 28 640 руб.
• накладка-уголок — 180−300 руб/шт
• деревянный брусок сечением 50/30 мм — 18 руб./погон.м
• соединительная муфта — 2 886−13 137 руб.
• труба радиатора— 23−1 400 руб.
• приёмная труба радиатора — 158−16 506 руб.
• хомуты для крепления — 1,56−14,7 руб.
• оцинкованное железо в качестве отражателя — 164−387 руб./шт.
• теплоизолятор — 400−700 руб./упаковка
• бак на 200−300 литров -- 3090−12 313 руб./шт.

Этапы изготовления солнечного коллектора:

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. солнечный коллектор размещается на крыше южной стороны дома под углом 45^° 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.