03.03.2021

Установить солнечный коллектор – виды вакуумных и плоских коллекторов для обогрева зимой, расчет отопительных элементов, эффективность отопления солнечными коллекторами

Содержание

Солнечный коллектор — расчет эффективности и советы по установке

Владельцы частных домов часто задаются вопросом, как минимизировать расходы на отопление и горячее водоснабжение. Вариантов решения может быть несколько, однако в условиях роста цен на энергоресурсы они оказываются достаточно затратными.

В такой ситуации использовать солнечные коллекторы для отопления дома оказывается выгодно, особенно при нечастом посещении дачи в теплое время года.

Краткое содержимое статьи:

Достоинства оборудования

Для функционирования коллекторов не требуется использование дополнительных источников энергии. Работа оборудования базируется на применении возобновляемых природных источников энергии.

Каждый квадратный метр коллектора обеспечивает среднегодовую экономию 800 кВт. Даже в зимний период существует возможность обогревать до 30-40% жилой площади в загородном доме.

Конечно, КПД зависит от типа устройства и его модели, но уже сейчас автоматизированные модификации дают 75%-е преобразование энергии солнца в целях отопления.

На фото солнечных коллекторов представлены различные модели. Большинство из них обладает такими преимуществами:

  • обеспечение автономного отопления и подогрева воды в любое время года;
  • длительный период эксплуатации;
  • высокий уровень окупаемости – в среднем до 4-5 лет;
  • независимость от роста тарифов на энергоресурсы;
  • использование для отопления жилых и хозяйственных помещений;
  • возможность простого подключения к существующей автономной системе отопления;
  • экологичность оборудования;
  • минимизация нагрузки на внутреннюю электросеть;
  • мобильность с позиций подстройки под конкретные условия эксплуатации.

Однако прежде чем изучать инструкцию, как можно собрать солнечный коллектор, необходимо понять и его недостатки.

Во-первых, это высокая стоимость самого оборудования, которое может быть доступным не каждому дачнику.

Во-вторых, эффективность работы устройства зависит от множества факторов – климатических условий, окружающего ландшафта, формы и направленности ската крыши, продолжительности светового дня и т.д.

Разновидности оборудования

В южных солнечных регионах КПД использования может достигать 95%, хотя в северных районах эффективность значительно снижается. Для тех, кто интересуется, какие бывают солнечные коллекторы, целесообразно рассмотреть основные виды солнечных коллекторов.


Плоская модель

В специальном ящике из алюминия смонтированы медные трубки. В нижней части устанавливается теплоизоляционная защита. Верхнюю поверхность конструкции представляет полотно из закаленного стекла и пропилен-гликоля. Оно обеспечивает поглощение лучей солнца для последующего преобразования устройством в тепловую энергию. Это бюджетный вариант оборудования, которое работает круглогодично.

Вакуумная модификация

Устройство содержит в своей конструкции множество трубок, изготовленных из меди. Они располагаются равномерно рядами. Трубка, содержащая вещества с поглощающим и отражающим эффектом, устанавливается в большую по диаметру стеклянную трубку-колбу.

Между их стенками остается пространство с вакуумом. Он играет роль теплоизолятора и проводника энергии. У вакуумных коллекторов площадь поглощения солнечной энергии больше, а поэтому они обладают высоким КПД.

Воздушный коллектор

В работе используется парниковый эффект. Попадающие на покрытие коллектора лучи полностью поглощаются. После получения заряда приемником он начинает нагревать воздух, расположенный во внутренней полости. Этот разогретый воздух направляется в помещение при помощи вентилятора или посредством конвекции естественного типа.

Особенности выбора оборудования

Чтобы выбрать хороший солнечный коллектор для нагрева воды и обогрева, необходимо учесть такие параметры:

  • Плоские модели отличаются повышенной прочностью, но поломка может испортить всю адсорбционную систему. Нагревают воду на 30-40 градусов теплее среды.
  • Вакуумные модификации подвержены воздействию внешних факторов, а их полые трубки очень хрупкие. Отличаются эффективностью в зимний период.
  • Воздушные модели конструктивно просты, не требуют обслуживания, способны работать при низких температурах. Степень прогрева меньше по сравнению с другими моделями.
  • При покупке надо определиться с проектом системы и способом крепления.
  • Вертикальный монтаж выгоден в регионах с большим количеством снега, но КПД при этом будет снижаться.
  • Оптимальный способ монтажа – строго на юг или со смещением до 30 градусов.
  • Номинальная мощность устройства задает выработку тепла при расположении солнца в зените.
  • Для морозных периодов требуется оборудование с повышенным сохранением температурного режима.

Как установить солнечный коллектор

После того как устройство куплено, главным вопросом становится установка и подключение солнечных коллекторов своими руками. При эксплуатации в летний период устройство можно применять для летнего душа и хозяйственных потребностей.

Для организации подачи воды в летнее сооружение бак целесообразно ставить на воздухе, а если обеспечивается водоснабжение дома, то монтаж аккумулирующей емкости производится там же.

При использовании принципа естественной циркуляции жидкости, коллектор ставится ниже уровня бака для горячей воды. Разница в высоте обычно составляет 80-100 см. Движение воды обеспечивается расхождением в плотности воды с разной температурой.

Коллектор соединяется с баком при помощи труб, диаметр которых не меньше 3/4 дюйма. Для стенок бака потребуется теплоизоляция. Применяют минвату слоем 10 см и полиэтилен, который компенсирует отсутствие крыши. Эксперты рекомендуют применять навес, защищающий бак от влаги снаружи.

Если вас интересует пошаговая сборка солнечных коллекторов своими руками, то надо помнить, что естественное движение воды может быть неэффективным, особенно при большом расстоянии между баком и поглощающей солнце поверхностью. Чтобы компенсировать этот недостаток, целесообразно поставить насос циркуляционного типа.

Изготовление коллектора дома

Конструкцию можно соорудить из разных подручных материалов и в домашних условиях, например из старого змеевика от холодильника:

  • Очистите его полностью от фреона, соорудите реечный каркас и резиновый коврик. В каркасе предусмотрите отверстия для трубок змеевика.
  • В донной части каркаса установите коврик и накройте его фольгой.
  • Змеевик крепится болтами с хомутами сверху фольги.
  • Выведите трубки от змеевика в отверстия.
  • Каркас над змеевиком накрывают стеклом и закрепляют его.
  • Трубы из коллектора подсоединяют к баку с вентилем. Из нижнего участка бочки должна выходить труба, по которой охлажденная вода для нагрева будет выводиться к коллектору.

Система для обогрева дома и нагрева воды эффективна и может с успехом применяться на дачных участках. При необходимости устройство может быть собрано и установлено в домашних условиях самостоятельно.

Фото солнечных коллекторов


Также рекомендуем просмотреть:


Пожалуйста, сделайте репост

Установка солнечного коллектора в своем доме

Использовать солнечную энергию в горячем водоснабжении и отоплении частного дома в настоящее время стало возможным благодаря развивающейся системе солнечных коллекторов. Их конструкции совершенствуются, и в некоторых случаях их использование позволяет даже полностью заменить традиционные системы. В будущем роль таких источников тепла несомненно будет возрастать.

1. Принцип работы солнечного коллектора

Основными источниками тепла для отопления частного дома служат газ, жидкое и твердое топливо, а также электричество. Однако сегодня все большую популярность приобретают так называемые возобновляемые источники, среди которых можно выделить использование тепловой энергии солнца.

Конечно, использовать энергию Солнца непосредственно для отопления или нагрева воды в хозяйстве очень заманчиво, только как это сделать, если дом заключен в теплоизолирующую оболочку?

Энергия световых лучей, собственно, не зависит от климатического сезона. Удельный нагрев небольшого объема одинаков, что зимой, что летом. Представим себе, что солнце нагревает небольшую стеклянную колбу. Летом при палящем солнце она быстро нагреется. Но зимой этого вроде бы не происходит. Дело в том, что нагретый объем воды быстро отдает свое тепло в окружающее холодное пространство. Летом температура воздуха выше, и отвод тепла от нагретого солнцем замкнутого объема невелик. Многие замечали, как нагреваются стоящие на солнце пластиковые бутыли с водой. Вода в них становится горячее, чем даже воздух вокруг! Это происходит из-за того, что разогретые бутыли не успевают отвести свое тепло в окружающее разогретое пространство. В таких случаях говорят, что тепловая энергия Солнца аккумулируется в бутылях. Это действительно так – только ночью они охлаждаются до температуры окружающего воздуха. Все мы знаем, что вечером вода в озере или море кажется особенно теплой – за день она аккумулирует энергию солнца.

Думается этот эффект и подвел изобретателей к созданию коллекторов для отопления. Простейший такой коллектор – это бак над летним садовым душем. Вы можете под вечер помыться практически горячей водой и даже использовать ее для мытья посуды, если проведете водопровод в домик.

Но как использовать этот эффект для качественного отопления и горячего водоснабжения целого дома?

Во-первых, нужно увеличить объем нагреваемого солнцем элемента. В простейшем случае, чем объемнее бак, стоящий над душем, тем больше нагретой воды мы получим. С другой стороны, чем он объемнее, тем дольше будет прогреваться. Если солнце в течение дня не скрыто за тучами  три-четыре часа,  большой бак не успеет прогреться.

Значит целесообразней нагревать не бак, а несколько небольших емкостей, допустим, тех же пластиковых бутылок. Это первый принцип солнечного коллектора – он состоит их нескольких нагреваемых элементов.

Во-вторых, нужно обеспечить максимальный прогрев емкости. Понятно, что металлический бак, да еще и покрашенный в белый цвет будет лучше отражать своей поверхностью лучи, чем окрашенный в темный цвет. Еще лучше нагреваются те же полупрозрачные пластиковые бутыли. В быту самый лучший эффект дадут прозрачнее стеклянные емкости.

Отсюда второй принцип работы солнечного коллектора – стенки емкости должны отражать минимум солнечной энергии.

В третьих, все мы помним из детства опыты с линзой, преломляясь в которой, солнечный луч мог зажечь кусочек дерева или спичку даже в холодную погоду. Именно преломление свет и концентрация солнечной энергии в небольшом объеме позволяет использовать повышенную температуру для каких-то целей, в том числе и для отопления дома.

В результате получаем третий принцип – солнечные лучи по возможности должны преломляться и концентрироваться в замкнутом объеме.

Обобщим принципы использования солнечной энергии в коллекторах:

  1. Увеличение удельного объема теплоносителя, нагреваемого солнцем
  2. Минимальные теплопотери поверхности солнечного коллектора
  3. Использование преломления солнечных лучей в конструкции коллектора

Эти три принципа приводят к схеме водяного солнечного коллектора. В общем виде это система прозрачных труб, нагреваемых на солнце. Вода из них постепенно отводится и заполняется новыми порциями.

В различных видах коллекторов используются эти принципы – по отдельности или в совокупности.

2. Простейший солнечный коллектор

Выше мы сделали описание простейшего коллектора, используемого для подачи горячей воды в дом. Бак с водой можно установить в верхней части дома и провести разводку воды в помещения. Обычно циркуляция воды в такой системе естественная – под действием силы тяжести.

Простейший солнечный коллектор

Бака с нагреваемой на солнце водой соединяют трубами с батареей коллектора. Чтобы сохранить внутри дома повышенную температуру батареи, она утепляется – по типу термоса. Для увеличения эффективности в систему можно встраивать циркуляционные насосы.

Такой вариант хорош летом, но зимой вода в баке быстро превращается в лед. Ее заменяют на незамерзающую жидкость – антифриз. В этом случае жидкость сначала нагревается снаружи в батарее, а потом попадает в бак, расположенный в доме, где уже через змеевик нагревает находящуюся в баке воду.

Зимний вариант с нагревом антифириза

В такую систему обязательно встраивают и устройства, отводящие избыточное давление пара и воды.

Нужно сказать, что степень нагрева антифриза под солнцем даже в зимнее время достаточно высока.

3. Трубчатый коллектор

Объем воды в баке может быть равен объему воды, заключенному в длинной трубе. Понятно, что в трубе вода нагреется значительно быстрее, чем в баке, той же емкости. Чтобы придать трубе компактное состояние, ее изгибают, образуя змеевик. В таком положении длинная труба занимает совсем немного места.

Простейшим видом такого коллектора может служить длинный шланг, сложенный в змеевик и смонтированный на крыше дома. Вода в нем нагревается быстро, и даже небольшой ее ток, при умеренном употреблении горячей воды позволяет быть змеевику нагретом достаточно долго. Для аккумуляции нагретой воды, она может отводиться в помещение, где установлен утепленный бак. Собственно, эту схему мы описали при рассмотрении зимнего варианта простейшего коллектора.

Солнечный коллектор из свернутого на крыше шланга

4. Современные виды коллекторов

Конечно, бак с водой или свернутый шланг на крыше — это примитивные варианты использования солнечной энергии. Сегодня промышленность освоила более эффективные системы.

Солнечные коллекторы выпускаются нескольких разных типов:

  • Плоские коллекторы
  • Вакуумированные трубчатые коллекторы

Рассмотрим подробнее их устройство.

Плоский коллектор выполняется в форме панели. Элементом, где жидкость нагревается под солнечными лучами, является так называемый поглотитель, встроенный в панель. Пластина поглотителя изготовлена из металла – чаще всего меди или алюминия, являющихся отличным теплопроводником. Для обеспечения максимального поглощения солнечной энергии и переработки ее в тепловую поверхность, пластины оснащены специальным покрытием с низким коэффициентом теплового излучения. Снаружи поглотитель заключен в капсулу со специальным гелиостеклом – материалом с низким содержанием железа. Это обеспечивает высокую пропускную способность стекла с пониженным отражением света. Весь поглотитель закреплен в корпусе из алюминия или стали с теплоизоляцией – это защищает его от механических повреждений.

В корпус поглотителя вмонтирован трубопровод с теплоносителем, который циркулирует через коллектор. В качестве теплоносителя используется вода или антифриз, который обеспечивает бесперебойную работу в холодное время года.

Плоские солнечные коллекторы выпускаются в виде панелей стандартных размеров, площадью около 2-2,5 м2. В зависимости от уровня потребления тепла можно использовать несколько таких панелей, объединенных в единую систему.

Плоские коллекторы используются в подогреве воды для бытовых нужд и для отопления дома.

Схема плоского солнечного коллектора

Вакуумированные солнечные панели используют несколько иной принцип работы. Они состоят из отдельных трубок, каждая из которых как бы является отдельным солнечным коллектором. Они объединены в верхней части и образуют единую систему. Устроен такой коллектор по типу термоса. Каждая ячейка состоит из двух трубок, одна из которых вставлена в другую. Между трубками воздух откачивается и создается вакуум. Внешняя трубка защищает внутреннюю от механических воздействий. Она изготавливается из уже упомянутого гелиостекла. В нее встраивается пластина поглотителя, изготовленная из меди или алюминия. Теплоноситель циркулирует в этой пластине – ему передается тепловая энергия. Вакуум между трубками прекрасно защищает коллектор от потери тепла – ведь теплопроводность вакуума значительно ниже, чем у воздуха или других материалов. Теплопотери в вакуумированных солнечных коллекторах в 2-2,5 раза ниже, чем у обычных.

Особенно высокое значение выбор солнечного коллектора имеет в зимние месяцы. Эффективность вакуумированных существенно выше, чем у обычных.

Различают два основных вида вакуумированных солнечных коллекторов:

  • С тепловой трубой
  • Прямоточные

Первый вид представляет собой теплообменник, встроенный в распределитель. Нагретый теплоноситель в вакуумной трубе осуществляет теплопередачу к циркуляционным контурам.  Теплопередача происходит через стенку между контурами и теплоносители в них не смешиваются. Это рекуперативный принцип – нагретый теплоноситель передает тепло холодному.

Схема коллектора с тепловой трубой

Прямоточные коллекторы представляют собой следующую конструкцию: внутренняя трубка поглотителя несет в себе теплоноситель. Вода или антифриз движется по ней, забирая тепло и попадает в межтрубное пространство, затем возвращается обратно.В этом случае тепло передается непосредственно трубе, заключенной внутри внешней трубчатой оболочки.

Схема прямоточного коллектора

Коллекторы с тепловой трубой наиболее эффективны. Они прекрасно справляются с обогревом теплоносителя даже в сильные морозы, до -45С. Кроме того, трубки в таких коллекторах можно заменять в случае несиправности. Их можно устанавливать под любым углом.

5. Основные виды монтажа солнечных коллекторов

Кратко обозначим основные способы монтажа солнечных коллекторов и их встраивание в систему отопления и горячего водоснабжения. Это:

Схема с промежуточным догревом, где вода, нагреваемая в солнечном коллекторе попадает в накопительный бак и там догревается другими источниками тепла.

Закрытая система отопления с солнечным коллектором, где теплоноситель используется в обратной системе перед подачей в отопительный котел.

Совмещенная система, в которой нагрев теплоносителя происходит в пределах одного бака-накопителя, и система состоит из трех контуров.

Система с догревом (А) и закрытая система отопления (Б)

Размещение солнечных коллекторов производится на крыше дома.

Типовое крепление солнечного коллектора

6. Заключение

Использование солнечных коллекторов не столько распространено в холодных климатических зонах нашей страны. Однако наиболее продвинутые хозяева всегда ищут способ использовать наиболее современные системы в своем доме, в том числе и отопительные. Это можно только приветствовать – ведь самым неисчерпаемым источником тепла на Земле является Солнце, и использовать его нужно по максимуму. Затраты на приобретение современных систем солнечных коллекторов в конце концов обязательно окупятся в будущем.

Почти бесплатный солнечный коллектор своими руками для отопления дома

Сегодня мы с вами будем делать своими руками солнечный коллектор для отопления дома.

См. видео здесь.

Солнечные коллекторы и водонагреватели на YouTube: ссылка.

Солнечный коллектор для нагревания воздуха и воды изготовим из старых металлических светильников размером 600*1200 мм, старого стекла и черной краски. Коллектор позволит вам сократить расходы на тепловую энергию или покупку углеводородного топлива.

Сделаем и установим несколько таких самодельных коллекторов для отопления на южной стороне дома. Зимой в солнечные дни, они смогут покрыть часть необходимой для отопления тепловой энергии.

Принцип работы таких устройств состоит в следующем: холодный воздух из нижней части помещения поступает в коллектор, нагревается в нем и поступает обратно в помещение через верхнее вентиляционное отверстие. Встроенный вентилятор увеличивает обмен воздуха, проходящего через устройство.

Коллекторы будут изолированы друг от друга металлическими перегородками, для лучшего распределения нагреваемого воздуха. Коллекторы подключаются к дому посредством гибкого рукава. Воздуховоды внутри дома будут распределять теплый воздух по помещениям.

Преимущества вакуумного теплогенератора:

  • бесплатная тепловая энергия;
  • отсутствие потребности в топливе;
  • возобновляемая энергия;
  • экономически эффективное отопление;
  • не оказывает негативных воздействий на окружающую среду;
  • выполнен из вторсырья.

Шаг 1: Заглянем в мусорный бак

Подбираем необходимые материалы (по возможности, бывшие в употреблении):

  • Старый светильник.
  • Алюминиевый скотч.
  • Черная краска.
  • Стекло, вырезанное по размерам светильника.
  • Силиконовый герметик со шприцом.
  • Резиновые перчатки.
  • Перчатки, защищающие от порезов стекла или металла.
  • Молоток и отвертка.
  • Ножницы по металлу.
  • Термометр.
  • Саморезы и дрель с битой.
  • Стеклорез и маркер (если потребуется резать стекло).

Шаг 2: Готовим основание

Возьмите светильник и сделайте следующее:

  • Удалите старые лампы.
  • Снимите крепления ламп.
  • Удалите остальные внутренности.
  • Скрепите углы корпуса светильника с помощью саморезов.
  • Промажьте герметиком углы, а также все щели и отверстия в светильнике.
  • Залепите все большие отверстия алюминиевым скотчем.
  • Перед тем, как начать красить каркас черной краской, дайте силикону высохнуть в течение ночи.

Шаг 3: Красим

Покраска каркасов проводится в следующем порядке:

  • Наденьте одежду, которую не жалко испортить краской.
  • Наденьте защитные перчатки.
  • Накройте газетой предметы и поверхности, чтобы защитить их от попадания краски.
  • Очистите и помойте водой с мылом все корпуса светильников и затем просушите их.
  • Покрасьте светильники со всех сторон и дайте им высохнуть в течение ночи.

Шаг 4: Вырезаем вентиляционные отверстия

Делаем вентиляционные отверстия так:

  • Используя молоток и отвертку, пробейте дырки в тех местах, где будут находиться вентиляционные отверстия. Отверстия должны располагаться по центру корпуса светильника в верхней и нижней его частях.
  • Вырежьте квадратные отверстия ножницами по металлу. Верхнее, в которое будет устанавливаться вентилятор, должно быть немного меньше самого вентилятора, чтобы вентилятор можно было закрепить с помощью саморезов. Наденьте защитные перчатки, чтобы защитить руки от порезов.
  • Обработайте края прорезанного отверстия, чтобы удалить острые края и заусенцы.

Шаг 5: Устанавливаем стекла

Стекла устанавливаем в следующем порядке:

  • Нанесите силиконовый герметик на края корпуса.
  • Установите на герметик стекло.
  • Если стекло состоит из нескольких частей, то нужно будет промазать швы между всеми стеклами.
  • Дайте силикону высохнуть в течение ночи.

Шаг 6: Устанавливаем солнечные батареи и вентилятор

  • Осторожно прикрутите вентилятор саморезами к верхнему отверстию солнечного нагревателя.
  • Не забудьте убедиться в том, что вентилятор при работе будет вытягивать воздух из коллектора.
  • Положите его горизонтально стеклом вверх.
  • Нанесите небольшое количество герметика на заднюю сторону панели солнечной батареи и приклейте батарею к одному из верхних углов коллектора.
  • Подключите солнечную батарею к вентилятору и дайте силикону высохнуть в течении ночи.

Разберемся, как будет работать устройство:

  • Вентилятор высасывает нагретый воздух из верхней части; разряжение, создаваемое в коллекторе засасывает холодный воздух внутрь.
  • В сущности, вентилятор позволяет быстрее нагревать помещение, чем если бы нагретый воздух из коллектора поступал в дом за счет конвекции.
  • Верхнее и нижнее отверстия будут соединяться с помещениями в доме.
  • Если для нагрева воздуха солнечной энергии будет достаточно, то и для вентилятора хватит энергии солнечной батареи для работы.

Шаг 7: Следующий шаг

  • Изготовьте как можно больше коллекторов и установите их возле дома. Предусмотрите теплоизоляцию задней и боковых частей коллекторов: это уменьшит потери тепла через стенки корпуса.
  • Сократите расход топлива для выработки тепловой энергии и выброс парниковых газов в атмосферу.

Тестируем установку:

  • Установите собранный коллектор в место, освещаемое солнцем большую часть дня.
  • Поместите термометр рядом с верхним отверстием коллектора.
  • Записывайте показания каждый час.
  • На термометре, изображенном на фото выше, показание температуры составляет 53 градуса Цельсия – это внутренняя температура коллектора, т.к. датчик находится внутри.
  • Тесты показывают, что при температуре наружного воздуха плюс 15 градусов Цельсия, температура в области верхнего отверстия коллектора колеблется от 35 до 66 градусов в течении дня.

расчет воздушной конструкции, вакуумный вариант для использования зимой своими руками, отзывы

На сегодняшний день появилась возможность сократить расходы на отопление. Все это реально благодаря солнечным коллекторам, которые представляют собой уникальные системы, позволяющие бесплатно получать экологический источник чистой энергии. Их можно активно использовать как для отопления небольших дачных домиков, так и коттеджей.

Особенности и устройство

Солнечный коллектор – это современная конструкция, которая способна накапливать солнечную энергию и превращать ее в источник тепла. Устройство изготавливают из металлических пластин, покрашенных в черный цвет и заключенных в корпус из стекла. Такое оборудование можно устанавливать для отопления дома, а также для обеспечения систем горячей водой.

Благодаря установке коллектора можно экономить от 30 до 60% энергоносителей, а это означает, что расходы на электричество и газ значительно снижаются и эксплуатация дома удешевляется. Подключенное в систему теплоснабжения устройство играет роль теплового носителя, который круглосуточно поддерживает температуру согласно санитарным и технологическим нормам.

Конструкция солнечного коллектора представлена в виде системы трубок, последовательно соединенных между собой и имеющих входную и выходную магистраль. По трубкам может проходить как воздушный поток, так и техническая вода. Во время циркуляции вещества наблюдается его переход из одного агрегатного состояния в другое, в результате чего происходит выделение тепла. То есть, принцип действия батареи заключается в накоплении энергии фотоэлементами, ее концентрации и передачи.

Помимо трубок, конструкция также имеет специальный бак, где хранится вода в нагретом состоянии. Чтобы жидкость не охлаждалась, бак дополнительно обшивают качественной теплоизоляцией. Кроме это, в емкость монтируют и дублирующий электронагреватель, который автоматически включается в зимний период или при пасмурной погоде. Корпус коллектора, как правило, изготавливают из стекла, так как использование полимерных материалов не рекомендуется. Они обладают высоким показателем теплового расширения, неустойчивы к лучам ультрафиолета, что может привести к разгерметизации корпуса.

В качестве теплоносителя обычно выбирают воду, но если планируется круглогодичная эксплуатация системы, то нужно до наступления холодов техническую жидкость заменять антифризом. Часто теплоносителем в коллекторах выступает и воздух, каналы для его перемещения делают из профлистов.

Для отопления небольших строений применяют обычные конструкции, для автономных и централизованных систем в схему добавляют не только нагревательное оборудование, но и циркуляционные насосы.

К главным преимуществам солнечных агрегатов можно отнести:

  • возможность бесперебойного обогрева зданий круглый год;
  • долгий срок эксплуатации, достигающий 30 лет;
  • экономия энергоресурсов;
  • возможность одновременного обогрева помещений, теплиц, пристроек и бассейнов;
  • отсутствие отходов;
  • быстрый монтаж;
  • оптимизация под индивидуальные проекты.

Что же касается недостатков, то их немного:

  • высокая стоимость установки;
  • низкая эффективность работы устройства, обусловленная климатическими условиями и особенностями ландшафта;
  • принудительная циркуляция воды.

Виды

Существует множество видов солнечных коллекторов, все они отличаются между собой особенностью конструкций, но одинаково выполняют роль теплоносителя и используются для обогрева домов. На сегодняшний день различают следующие типы устройств:

Плоский

Считается самым распространенным вариантом для установки в современных системах гелиоэнергетики. Он состоит из абсорбера, термоизолирующего покрытия, прозрачного слоя и теплоносительной трубки. Популярность данного вида обусловлена простотой монтажа и доступной ценой, но в отличие от других коллекторов для него характерно небольшое КПД. Внешне устройство имеет вид стальной или алюминиевой панели площадью от 2 до 2,5 м2.

Снаружи панель покрывают листами из гелиостекла, это позволяет максимально поглощать энергию солнца и поставлять ее с минимальными потерями. Под стеклом располагается специальный поглотитель в виде плоской трубки, его изготавливают из сплавов алюминия или меди. Трубка оснащена радиальным оребрением, поэтому во время рабочего процесса наблюдается высокий КПД.

Плоский коллектор годится только для обогрева частного дома, так как с его помощью зимой можно отопить небольшую площадь.

Вакуумный

Это дорогостоящее устройство, которое имеет отличные эксплуатационные характеристики. Батарея представляет собой ряд, состоящий из парных стеклянных трубок. Из пространства между ними откачивают воздух и выполняют спайку, образованный таким образом вакуум служит хорошим теплоизолятором и снижает потери энергии. Верхние трубки вставляются в распределитель, где циркулирует сам теплоноситель. В зависимости от распределения тепла такие коллекторы бывают прямоточные и с плоской трубкой.

Воздушный

Данное устройство предназначено для топки зданий за счет нагрева воздушных масс. Потоки воздуха поступают в систему через поглотитель и естественным путем или принудительно поставляются в теплообменник. Недостатком коллектора считается то, что в отличие от жидких видов, в нем тепло проводится не так хорошо. Но подобная система характеризуется несложной конструкцией и легко управляется. Если соблюдать все правила эксплуатации, то коллектор исправно прослужит более 20 лет.

Водяной

Внешне имеет сходство с вакуумным устройством, но в его конструкции в трубках под определенным углом располагается жидкость. Трубки присоединяются к баку, из которого горячая вода передается в систему и возвращается. Главным достоинством агрегата является, то что для его монтажа не нужно применять дополнительные элементы. Некоторые модели таких коллекторов могут также работать и без бака. Во время эксплуатации водяного коллектора при температурном режиме ниже -10 С необходимо заливать незамерзающую жидкость.

Как выбрать?

Перед тем как заняться установкой солнечного коллектора, необходимо правильно подобрать соответствующий вид устройства, так как от этого будет зависеть эффективность его работы и коэффициент теплообмена.

Поэтому, отправляясь за покупкой, стоит учесть следующие нюансы:

  • Лучше всего отдавать предпочтение плоским моделям, так как они считаются самыми прочными и имеют положительные отзывы потребителей. Их агрегат способен нагревать воду свыше 40 С, но если батарея выходит из строя, то придется заменять всю систему адсорбции. Вакуумные виды устройств характеризуются быстрым повреждениям трубок и очень чувствительны к внешним воздействиям. Но стоит заметить, что ремонт изделия выполняется просто, так как заменяется только конкретная колба. Зато в зимнее время года такие батареи хорошо поддерживают температуру, в этом их плюс.
  • Что же касается воздушных коллекторов, то они редко выходят из строя и не требуют ремонта. Кроме этого, они надежно выдерживают низкую температуру и долговечны в использовании. Единственное, что подобные устройства не подойдут для отопления больших зданий, так как слабо прогревают помещения.
  • Немаловажным показателем для выбора является и размер трубок, от которого зависит эффективность преобразования солнечной энергии. Трубка мелкого диаметра снижает процесс выработки энергии. Поэтому желательно приобретать коллекторы, имеющие в конструкции несколько больших колб шириной до 6 см и длиной до 2 м.
  • Особое внимание следует уделять мощности батарей. Системы с низким сохранением тепла нельзя использовать при низкой температуре. В частности, это касается моделей с водяной тепло подачей.
  • Монтаж установки должен выполняться после предварительного проектирования. Для этого нужно знать размеры батарей, которые бы подходили для крепления к крыше.
  • Можно покупать коллекторы как с вертикальным, так и горизонтальным расположением. При этом вертикальные конструкции издавать от проблем с очисткой от снега, но их КПД будет низким. Чтобы этого избежать, нужно до установки предусмотреть место для исхода осадков.

Расчет

Солнечная энергия является идеальным источником для отопления зданий. Чтобы ее максимально преобразить в тепло, необходимо точно рассчитать затраты ресурсов и мощность установок, учитывая тип агрегата и его месторасположение. В первую очередь нужно знать какое количество энергии попадает на поверхность панели. Как известно, на 1 м2 поверхности попадает около 1367 Вт солнечной энергии, но проходя сквозь слои атмосферы, мощность теряется до 500 Вт. В связи с этим для средних расчетов берется условное значение 800 Вт.

Солнечный коллектор является рабочей станцией, основание которой защищено антибликовым покрытием и стеклом. Благодаря тому, что основание покрыто черной краской, наблюдается 100% поглощение энергии. Так как в состав батарей входит теплоизоляция, то можно определить коэффициент потери тепла. Для каждого материала он разный, но изоляцию коллекторов часто выполняют на основе минваты, поэтому для простых расчетов берется показатель 0,045. Предполагая то, что температурная разница между внешним и внутренним слоем теплоизоляции не превышает 50 С, потери энергии составят: 0,045: 0,1 × 50 = 22,5 Вт.

Аналогичны будут потери и для труб, поэтому суммарный показатель получится 45 Вт. Поэтому чтобы нагреть 1 л воды на 1 С, потребуется мощность энергии в 1,16 Вт. Определив эти величины, можно легко узнать объем жидкости, который можно нагреть батареей с рабочей площадью 1 м2 за один час: 800: 1,16 = 689,65. Чтобы улучшить теплопередачу, агрегаты лучше всего размещать с ориентацией на юг.

Важным расчетом считается, и рабочая площадь батареи. Для этого количество нужной энергии нужно разделить на 800 Вт и получится искомое значение. Но стоит обратить внимание, что данный показатель соответствует площади агрегата, рассчитанного на обслуживание одного человека. Поэтому если в доме проживает семья, состоящая из двух, трех и более человек, то значение следует увеличить.

Изготовление

Солнечный агрегат можно не только самостоятельно установить, но и изготовить своими руками. Самодельный коллектор может быть как вакуумный, так и воздушный или плоский.

Что выполнить монтаж устройства понадобятся следующих элементы:

  • датчики температурного режима;
  • переходники ведущие к системе подключения холодного и горячего водоснабжения;
  • водосток для выхода горячей воды;
  • регулятор солнечной энергии;
  • емкость или бак;
  • циркуляционный насос;
  • датчики контроля подогрева воды.

Подключение и сборку всех составляющих конструкции следует выполнять согласно проекту, придерживаясь инструкции:

  • На первом этапе определяются с размерами будущего коллектора. Для этого точно рассчитывают площадь его размещения и интенсивность солнечной энергии. Важно обратить внимание на расположение здания, где планируется установка системы, в зависимости от полученных показателей выбирается материал для нагревательного контура.
  • Следующим шагом будет сборка устройства, во время которой изготавливается короб, радиатор, накопитель и теплообменник. Коробку можно сделать из обрезной доски толщиной не менее 5 мм, ее днище укрывают оцинкованный листом и дополнительно укладывают пенопласт, который послужит хорошей теплоизоляцией. Для теплообменника используют трубки длиной 1,6 м, их должно быть 15 шт., их собирают в цельную конструкцию, соблюдая шаг 4,5 см. Чтобы улучшить поглощение лучей, дно коробки красят в темный цвет, затем устанавливают в качестве перегородок стекло и стыки герметизируют.

В качестве основного накопителя можно применять как сосуд объемом от 140 до 380 л, так и другие сваренные конструкции или бочки. Емкость должна быть хорошо изолирована от потерь тепла, поэтому аванкамеру оборудуют дополнительно шарнирным краном. Вначале монтируется аванкамера и тепло накопитель, затем полученную конструкцию размещают под углом 35–40.

Между накопителем и теплообменником делается расстояние в 70 см, иначе потери тепловой энергии будут значительны.

  • Завершающим этапом считается ввод оборудования в эксплуатацию. Полученную конструкцию присоединяют к водопроводу. Для этого требуется запорная арматура. Устройство заполняют водой и присоединяют аванкамеру. Затем важно проверить уровень жидкости и отсутствие утечек воды. После контроля, самодельный коллектор готов к эксплуатации.

Советы

Установка солнечных систем позволяет экономить электроэнергию, обеспечивая дом «бесплатным» теплом и горячей водой. Но выбирая данный вид устройств, нужно помнить, что эффективность системы будет значительно снижаться вечером и утром, так как основной объем энергии вырабатывается при ярком солнце. Чтобы солнечные коллекторы надежно прослужили много лет и бесперебойно обеспечивали здание теплом, при их выборе и монтаже необходимо учесть следующие рекомендации специалистов:

  • Покупая батарею, следует уточнить можно ли ее эксплуатировать зимой и какая мощность системы.
  • Если коллектор собирается самостоятельно, то нижнюю часть его теплообменника нужно обеспечивать денежными вентилями и теплоизоляцией, которая позволить сохранить качество разогретой жидкости. При этом трубы можно также обмотать плотной тканью или полиэтиленом.
  • В конструкции должен обязательно присутствовать вентиль, предотвращающий циркуляцию от теплоносителя. Если наблюдается резкое снижение температуры, то вентиль нужно закрыть.
  • Перед тем как соорудить солнечные установки, следует сделать детальный расчет площади батарей, а также максимальную выработку энергии.

О том, как сделать солнечный коллектор своими руками из алюминиевых банок, смотрите в следующем видео.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *