Водонагреватель работающий от солнца

Убедиться в огромном количестве энергии, которую получает земная поверхность от нашей ближайшей звезды – Солнца – каждый имел возможность еще в детстве, с помощью обычной лупы. Энергия солнечного света, приходящаяся на крошечный участок поверхности, равны площади линзы, будучи собранной в одной точке (фокусе) способна прожечь тонкую фанеру, поджечь бумагу или сухой трут, помогая развести костер. И, наверняка, многие задумывались о возможностях использования этого могучего потока энергии, например для отопления Возможностей непосредственного использования солнечной энергии несколько, и одну из них дают солнечные водонагреватели.

Использовать энергию солнца люди научились давно

Что такое солнечный коллектор

Если спросить о приборах, использующих солнечную энергию, каждый, скорее всего, в первую очередь назовет солнечные батареи. Отличную «рекламу» этим приборам создало использование их в космических программах, а кто в детстве не бредил космосом? А вот другой тип собирателей солнечной энергии, солнечные коллекторы (collector по-английски как раз и означает «собиратель»), известен среди неспециалистов значительно меньше.

В отличие от батарей солнечных элементов или солнечных батарей, как их привыкли называть, солнечные коллекторы не превращают солнечный свет в солнечную энергию напрямую. В коллекторах энергия солнечного излучения используется для нагревания теплоносителя. Далее теплоноситель может использоваться как для выработки солнечной энергии (по такому принципу работает большое число солнечных электростанций, в том числе и крупнейшая в мире крымская), так и для других нужд, например отопления или горячего водоснабжения.

Такое устройство способно обеспечить целый дом горячей водой

Солнечный водонагреватель как раз относится к числу солнечных коллекторов. Именно он из всех типов коллекторов представляет наибольший практический интерес для использования в быту для горячего водоснабжения и отопления. Достигаемая с их помощью экономия традиционных энергоносителей столь чувствительна, что во многих странах использование солнечных водонагревателей поддерживается на государственном уровне.

Так в некоторых странах солнечного средиземноморья (Испания, Италия) владельцы частных домов в законодательном порядке обязуются оборудовать свои коттеджи солнечными бойлерами. А в некоторых странах Китая крыши многоквартирных новостроек представляют собой одну гигантскую водонагревательную панель. При желании несложно изготовить солнечный водонагреватель своими руками. Как же устроен солнечный водонагреватель изнутри?

Устройство водонагревателя

Сердцем солнечного водонагревателя является коллектор, представляющий собой радиатор наоборот – система тонких трубок в виде установленной под углом к горизонту панели. Циркулирующий по трубкам теплоноситель впитывает в себя энергию солнца.

Другой важной частью водонагревателя является резервуар, из которого осуществляется забор теплоносителя для использования, играющий также роль расширительного бачка и аккумулятора тепла. В зависимости от конструкции, резервуар может также выполнять функцию теплообменника.

Основные элементы системы

Классическая схема работы солнечного водонагревателя выглядит так:

• и резервуара теплоноситель под действием силы тяжести попадает в нижнюю часть коллектора.
• нагреваясь, теплоноситель поднимается по трубкам коллектора вверх, в то время как в нижнюю часть из резервуара попадает новый остывший теплоноситель.
• пройдя через коллектор, теплоноситель вновь попадает в резервуар, замыкая, таким образом, цикл кругооборота.
• нагретый теплоноситель из резервуара забирается в систему отопления, водоснабжения, либо в теплообменник.

Такова принципиальная схема, в реальности же возможны различные вариации устройства и работы, в зависимости от которых классифицируют солнечные бойлеры.

Классификация

В зависимости от типа циркуляции

• Естественная циркуляция осуществляется посредством физических свойств жидкости. Нагретый теплоноситель имеет меньшую плотность и больший объем, поэтому стремится подняться по трубкам коллектора вверх, а его место занимает холодный теплоноситель.
• Принудительная циркуляция. Для осуществления естественной циркуляции резервуар должен находиться над коллектором. А это далеко не всегда осуществимо с технической, и целесообразно с архитектурной точек зрения, особенно если водонагреватель снабжен резервуаром большого объема.

Солнечный коллектор с принудительной циркуляцией

Учитывая, что обычно панель водонагревателя устанавливают на скате крыши, резервуар для естественной циркуляции придется ставить на конек, что стянет серьезным испытанием для прочности конструкции и вряд ли украсит внешний вид крыши. Поэтому часто резервуар устанавливают традиционно, в нижней части здания, обычно в подвале, а циркуляцию теплоносителя осуществляют принудительно с помощью специальных насосов.

Кроме того, принудительная циркуляция позволяет использовать масляные теплоносители, которые более эффективны в этом качестве, чем вода, но из-за малого коэффициента расширения практически не поддерживают естественную циркуляцию.

В зависимости от типа коллектора

• Панельный коллектор – самый простой вариант без особых претензий. Выкрашенные черной светопоглощающей краской трубки для циркуляции теплоносителя укреплены в простом панельном корпусе и прикрыты стеклом либо прозрачным пластиком. Эффективность такого устройства довольно низка из-за того, что теплоноситель начинает отдавать тепло окружающему воздуху, не успев покинуть коллектор. А учитывая, что коллектор по конструкции схож с радиатором, потери могут быть весьма существенными. Поэтому панельный коллектор целесообразно использовать только в местности с высокой эффективностью солнечного освещения или для вспомогательных нужд.

  

  Панельный тип водонагревателя

• Вакуумный коллектор лишен главного недостатка предыдущего типа конструкции: трубка с теплоносителем проложена внутри вакуумной колбы, пропускающей солнечное излучение. Это практически предотвращает отдачу тепла из коллектора в окружающую среду и позволяет нагревать воду до температуры кипения, а масляный теплоноситель до 200-300 градусов, что отлично подойдет для отопления дома. Конечно, вакуумный коллектор имеет более высокую цену, но разница в цене полностью окупается во время эксплуатации.

В зависимости от контура циркуляции

• Водонагреватель с разомкнутым контуром циркуляции используется для снабжения горячей водой системы водоснабжения дома. Теплоносителем в такой системе служит вода, которая непосредственно используется для бытовых нужд, не возвращаясь более в контур циркуляции.
• Одноконтурная система используется для отопления дома. Нагретый теплоноситель из резервуара поступает в систему отопления (обычно используется в качестве домеса к теплоносителю, нагретому традиционным способом), пройдя через которую, снова поступает в резервуар и подается в коллектор.

  

  Двухконтурная система водоснабжения и отопления

• Двухконтурная система может использоваться для любых целей (как для горячего водоснабжения, так и для отопления) и позволяет выбирать любой теплоноситель – воду, масло, либо антифриз для использования при минусовых температурах. Теплоноситель из резервуара коллектора попадает в теплообменник, где отдает тепло теплоносителю второго контура, который в свою очередь используется по прямому назначению системы (для отопления либо горячего водоснабжения).

Солнечный бойлер своими руками

К сожалению, отечественные производители очень неохотно обращают внимание на альтернативные источники энергии. Если солнечные батареи отечественного производства еще можно купить, то солнечных водонагревателей от местных производителей практически не существует, как не осуществляется и централизованного импорта из-за рубежа. Пересылка же единичного изделия может влететь в копеечку.

Зато владея минимальными навыками, которыми наверняка обладает любой владелец частного дома, можно изготовить солнечный водонагреватель своими руками. Вообще нашим дачникам давно известен простейший солнечный бойлер: выкрашенная черной краской металлическая бочка водружается на крышу душевой кабины. Люди со смекалкой разработали более «продвинутый» вариант – поплавковый водозаборник (шланг с привязанным куском пенопласта) позволяет брать воду из верхнего, наиболее прогретого слоя. Даже такое, прямо скажем, примитивное устройство без проблем позволяет комфортно принять душ после дня полевых работ.

Самодельный коллектор сделанный из полипропиленовых труб

Усовершенствовать самодельный бойлер можно собрав простейший солнечный коллектор. Для этого нужно купить гибкую гофрированную трубу небольшого диаметра. Трубу укладываем змейкой в деревянный корпус так, чтобы вход трубы был в нижней части, а выход в верхней. Корпус накрываем прозрачной пленкой – солнечный коллектор готов.

Резервуаром-теплоаккумулятором послужит все та же незаменимая в хозяйстве металлическая бочка, положенная на бок. В ней необходимо просверлить два отверстия – в районе верхнего и нижнего слоя воды, к которым приварить два штуцера, и подсоединить входной и выходной шланги коллектора соответственно.

Еще два отверстия послужат для подачи в резервуар воды из скважины или водопровода, а также для забора нагретой воды. Для автоматизации подачи воды несложно изготовить поплавковую камеру наподобие бачка унитаза.

Если нагретую воду предполагается использовать для пищевых нужд или мытья посуды, то резервуар для воды должен быть изготовлен из нержавеющей стали пищевых марок. Для этих целей отлично подойдет металлический бидон.

Вложение средств в альтернативные источники даровой энергии, в том числе в солнечные водонагреватели, может стать серьезной статьей экономии бюджета.