Устройство солнечного коллектора – Солнечный коллектор из пластиковых бутылок своими руками: инструктаж по сооружению

Солнечный коллектор своими руками для отопления дома

Различные солнечные коллекторы появились на рынке достаточно давно. Это устройства, использующие энергию солнца для нагрева воды на домашние нужды. Но приобрести популярность среди пользователей им мешает высокая стоимость, это беда всех альтернативных источников энергии. Например, общие затраты на приобретение и монтаж установки, что обеспечит нужды средней семьи, составят 5000$. Но выход есть: можно сделать солнечный коллектор своими руками из доступных по цене материалов. Какими способами это реализовать, будет рассказано в данном материале.

Как работает солнечный коллектор?

Принцип действия коллектора основан на поглощении (абсорбции) тепловой энергии солнца специальным приемным устройством и передачей его с минимальными потерями теплоносителю. В качестве приемника используются медные или стеклянные трубки, окрашенные в черный цвет.

Ведь известно, что лучше всего абсорбируют тепло предметы, имеющие темную или черную окраску. Теплоносителем чаще всего выступает вода, иногда – воздух. По конструкции солнечные коллекторы для отопления дома и горячего водоснабжения бывают таких видов:

• воздушные;
• водяные плоские;
• водяные вакуумные.

Среди прочих воздушный солнечный коллектор отличается простотой конструкции и, соответственно, самой низкой ценой. Он представляет собой панель – приемник солнечной радиации из металла, заключенный в герметичный корпус. Стальной лист для лучшей теплоотдачи снабжен с задней стороны ребрами и уложен на дно с тепловой изоляцией. Спереди установлено прозрачное стекло, а по бокам корпуса имеются проемы с фланцами для подключения воздуховодов или других панелей, как показано на схеме:

Воздух, поступающий через проем с одной стороны, проходит между стальными ребрами и, получив от них тепло, выходит с другой.

Надо сказать, что установка солнечных коллекторов с нагревом воздуха имеет свои особенности. Из-за их невысокой эффективности для обогрева помещений нужно применять несколько подобных панелей, объединенных в батарею. Кроме того, обязательно понадобится вентилятор, поскольку нагретый воздух из коллекторов, находящихся на кровле, самостоятельно вниз не пойдет. Принципиальная схема воздушной системы показана ниже на рисунке:

Простое устройство и принцип работы позволяют выполнять изготовление коллекторов воздушного типа своими руками. Но потребуется много материала для нескольких коллекторов, а подогреть воду с их помощью все равно не получится. По этим причинам домашние умельцы предпочитают заниматься водяными нагревателями.

Конструкция плоского коллектора

Для самостоятельного изготовления наибольший интерес представляют плоские солнечные коллекторы, предназначенные для нагрева воды. В корпусе из металла или алюминиевого сплава прямоугольной формы размещен тепловой приемник — пластина с запрессованным в ней змеевиком из медной трубки. Приемник выполняется из алюминия или меди, покрытой абсорбционным слоем черного цвета. Как и в предыдущем варианте, снизу пластина отделена от дна слоем теплоизоляционного материала, а роль крышки играет прочное стекло или поликарбонат. Ниже на рисунке изображено устройство солнечного коллектора:

Пластина черного цвета поглощает тепло и передает его теплоносителю, движущемуся по трубкам (вода или антифриз). Стекло выполняет 2 функции: пропускает к теплообменнику солнечную радиацию и служит защитой от осадков и ветра, снижающих производительность нагревателя. Все соединения выполнены герметично, чтобы внутрь не попадала пыль и стекло не теряло прозрачности. Опять же, тепло солнечных лучей не должно выветриваться наружным воздухом через щели, от этого зависит эффективная работа солнечного коллектора.

Данный вид – самый популярный среди покупателей из-за оптимального соотношения цена — качество, а среди домашних мастеров — по причине относительно несложной конструкции. Но применять такой коллектор для отопления можно лишь в южных регионах, с понижением температуры наружного воздуха его производительность значительно падает из-за высоких тепловых потерь через корпус.

Устройство вакуумного коллектора

Еще один вид водяных солнечных нагревателей изготавливается с применением современных технологий и передовых технических решений, а потому относится к высокой ценовой категории. Таких решений в коллекторе реализовано два:

• тепловая изоляция с помощью вакуума;
• использование энергии парообразования и конденсации вещества, кипящего при низкой температуре.

Идеальный вариант защитить абсорбер для коллектора от тепловых потерь – это заключить его в вакуум. Медная трубка, наполненная хладагентом и покрытая абсорбирующим слоем, помещена внутрь колбы из прочного стекла, воздух из пространства между ними откачан. Концы медной трубки входят в трубу, через которую протекает теплоноситель. Что происходит: хладагент под воздействием солнечных лучей закипает и обращается в пар, он поднимается по трубке вверх и от соприкосновения с теплоносителем сквозь тонкую стенку снова переходит в жидкость. Ниже показана рабочая схема коллектора:

Фокус в том, что в процессе превращения в пар вещество поглощает гораздо больше тепловой энергии, чем при обычном нагреве. Удельная теплота парообразования любой жидкости выше, нежели ее удельная теплоемкость, а потому вакуумные солнечные коллекторы весьма эффективны. Конденсируясь в трубе с проточным теплоносителем, хладагент передает ему всю теплоту, а сам стекает вниз за новой порцией энергии солнца.

Благодаря своему устройству вакуумные нагреватели не боятся низких температур и сохраняют свою работоспособность даже на морозе, а потому могут применяться в северных регионах. Интенсивность нагрева воды в этом случае ниже, чем летом, так как зимой на землю поступает меньше тепла от солнца, часто мешает облачность. Понятно, что изготовить стеклянную колбу с откачанным воздухом в домашних условиях просто нереально.

Примечание.

Существуют вакуумные трубки для коллектора, заполняемые напрямую теплоносителем. Их недостаток – последовательное подключение, при выходе из строя одной колбы придется менять весь водонагреватель.

Как изготовить солнечный коллектор?

Прежде чем приступить к работе, следует определиться с габаритами будущего водогрейного аппарата. Произвести точный расчет площади теплообмена непросто, многое зависит от интенсивности солнечного излучения в данном регионе, расположения дома, материала нагревательного контура и так далее. Правильным будет сказать, что чем больше тепловой коллектор, тем лучше. Однако, его размеры наверняка ограничиваются местом, где планируется его устанавливать. Значит, надо исходить из площади этого места.

Корпус проще всего изготовить из древесины, проложив на дно слой пенопласта или минеральной ваты. Также для этой цели удобно использовать створки старых деревянных окон, где сохранилось хотя бы одно стекло. Выбор материала для приемника тепла неожиданно широк, чего только не используют мастера-умельцы, чтобы собрать коллектор. Вот перечень популярных вариантов:

• тонкостенные  медные трубки;
• различные полимерные трубы с тонкими стенками, желательно черного цвета. Хорошо подойдет полиэтиленовая РЕХ труба для водопровода;
• наружный теплообменник старого холодильника;
• трубки из алюминия. Правда, соединять их сложнее, чем медные;
• стальные панельные радиаторы;
• черный садовый шланг.

Примечание. Кроме перечисленных, существует масса экзотических версий. Например,воздушный солнечный коллектор из пивных банок или пластиковых бутылок. Подобные прототипы отличаются оригинальностью, но требуют значительного вложения труда при сомнительной отдаче.

В собранный деревянный корпус или старую оконную створку с приделанным дном и уложенным утеплителем надо поместить металлический лист, накрывающий всю площадь будущего нагревателя. Хорошо, если найдется лист алюминия, но подойдет и тонкая сталь. Ее необходимо окрасить в черный цвет, а затем уложить трубы в виде змеевика.

Без сомнения, коллектор для нагрева воды лучше всего получится из медных труб, они отлично передают тепло и прослужат долгие годы.Змеевик плотно прикрепляется к металлическому экрану скобами или любым другим доступным способом, наружу выводятся 2 штуцера для подачи воды.

Поскольку это плоский, а не вакуумный коллектор, то поглотитель тепла нужно закрыть сверху светопрозрачной конструкцией – стеклом или поликарбонатом. Последний легче обрабатывается и надежнее в эксплуатации, не разобьется от ударов града.

После сборки солнечный коллектор надо установить на место и подключить к накопительному баку для воды. Когда позволяют условия монтажа, то можно организовать естественную циркуляцию воды между баком и нагревателем, в противном случае в систему включается циркуляционный насос.

Заключение

Осуществлять отопление дома солнечными коллекторами, сделанными своими руками, – привлекательная перспектива для многих домовладельцев. Жителям южных районов этот вариант более доступен, только придется заполнить систему антифризом и как следует утеплить корпус. На севере самодельный коллектор поможет нагреть воду на хозяйственные нужды, но для обогрева дома его не хватит. Сказывается холод и короткий световой день.

Устройство и принцип работы солнечного коллектора

Солнечный вакуумный водонагреватель обеспечивает сбор и преобразование солнечной энергии в любую погоду, вне зависимости от внешней температуры. Коэффициент поглощения энергии у подобных устройств составляет 97%.

Энергию Солнца в дело

Вакуумные водонагреватели прямого нагрева

В таких системах стеклянные вакуумные трубки и бак-накопитель составляют единое целое и монтируются на одну раму. Трубки входят непосредственно в накопительный бак через уплотнительное кольцо. Вода, нагреваясь в вакуумных трубках, поднимается в бак за счёт естественной циркуляции. После чего она может быть использована для бытовых нужд.

Такие системы работают без давления. Подключение к водопроводу производится через запорный клапан, который поддерживает постоянный уровень воды в баке. Так как в качестве теплоносителя используется вода, такие водонагреватели можно использовать в период с мая по сентябрь, то есть до поры наступления ночных заморозков. Преимуществами водонагревателей такого типа являются простота конструкции, определяющая высокую надёжность и низкую стоимость, а также полная энергонезависимость.

Вакуумные водонагреватели косвенного нагрева

Принцип действия таких водонагревателей напоминает работу установки центрального отопления. Это закрытая система, которая работает под давлением. Ещё такие системы называют всесезонными или раздельными. За счёт использования тепловых трубок в конструкции вакуумных коллекторов достигается большая эффективность при работе в условиях низких температур и слабой освещенности.

Применяются вакуумные тепловые трубки HP (Heate Pipe). Это более продвинутый тип трубки, который может работать при низких, до -50°С температурах. Коллектор и бак-накопитель расположены раздельно и соединены трубопроводом. Для соединения используют медную или удобную в монтаже гофрированную трубу из нержавеющей стали, которая не боится разморозки.

Водонагреватель обычно монтируется на крыше, а бак-накопитель внутри здания. Теплоноситель циркулирует принудительно, для этого система использует электрические насосы, клапаны и контроллеры. И хотя подобная установка является энергозависимой, многолетний опыт эксплуатации показывает, что при использовании её в комплексе с солнечными электрическими панелями, обеспечивающими питание циркуляционного насоса, такая система может длительное время работать и при отключении электричества.

Системы с открытым контуром

Если через коллектор, в котором происходит передача тепла от вакуумных трубок, используется вода, которая циркулирует между ним и баком-накопителем, она называется системой с открытым контуром.

Такая схема наиболее проста и эффективна и снижает эксплуатационные расходы, однако солевые отложения и коррозия со временем могут вывести её из строя. Коллекторы с открытым контуром популярны в регионах с круглогодичными положительными температурами или при сезонном использовании. Хотя они и способны противостоять умеренно отрицательным (до -20°С) температурам без повреждения.

Системы с закрытым контуром

В этих системах косвенного нагрева теплоносителем первого контура является антифриз, который и передаёт энергию бытовой воде через теплообменник внутри бака-теплоаккумулятора. Они дороже, но при этом и более эффективны. Системы с закрытым контуром имеют хорошую защиту от замораживания, поэтому они безальтернативны для тех районов, где влияние отрицательных внешних температур носит продолжительный характер.

Солнечный коллектор

Через верхнюю часть коллектора протекает незамерзающая жидкость, которая отбирает тепло от медных наконечников вакуумных трубок и циркулируя через теплообменник бака-аккумулятора (бойлера), таким образом нагревает в нём воду.

Циркуляция антифриза в системе осуществляется посредством циркуляционного насоса. Его включением и выключением на основании показаний датчиков температуры, которые расположены на выходе коллектора, в бойлере и обратке системы отопления, управляет контроллер.

Цикл передачи тепла от коллектора к баку длится весь световой день, пока температура на выходе из коллектора выше температуры воды в баке. Тепловой контур отделен от трубок, поэтому при повреждении одной или нескольких из них коллектор продолжает работать. Процедура замены трубок очень проста, ведь сливать антифриз из контура теплообменника нет необходимости. Расширительный бак предохраняет систему от избыточного давления, возникающего при сильном нагреве теплоносителя.

Бак-аккумулятор тепла

Резервуар накопитель по своему устройству напоминает обычный бойлер. Он предназначен для накопления и сохранения тепла и обычно включает в себя одну или две внутренние спирали теплообменников. Сам бак выполнен из нержавеющей стали в пенополиуретановой изоляции в стальном корпусе. Если нагретая вода не расходуется, бак выполняет функцию теплоаккумулятора и хранит её нагретой, позволяя пользоваться горячей водой даже в тёмное время суток, когда солнечный коллектор не работает.

Получаемая в некоторые дни вода может иметь недостаточную из-за продолжительной пасмурной погоды или малого в зимнее время количества солнечных часов температуру. Поэтому в бак-теплоаккумулятор может устанавливаться дублирующий электрический автоматический водонагреватель мощностью 1-2,5 кВт. В случае снижения температуры в баке ниже установленной он автоматически включается и догревает воду до заданной температуры.

При одновременной потребности в горячей воде и отоплении, солнечная энергия распределяется между нагревом помещения и горячим водоснабжением. При достижении заданной температуры, автоматика переключает подачу тепла на отопительный контур. Такая последовательность работы может быть изменена на прямо противоположную, в зависимости от климатической зоны или времени года. Система сконструирована таким образом, что с ней легко сочетаются другие нагревательные системы, например, контур ГВС отопительного котла.

Таким образом, активная система с закрытым контуром представляет собой комплексную автоматизированную систему преобразования и сохранения тепла, полученного как путём преобразования энергии солнца, так и других источников тепла.

Например, к ней легко можно подключить традиционный электрический или газовый водонагреватель, который страхует систему при неблагоприятных погодных условиях. Система обладает малой инерционностью и достаточно быстро выходит на рабочий режим, позволяя обеспечить горячее водоснабжение круглогодично, а сезонное отопление с экономией до 40% традиционного топлива в зависимости от географической широты местности и климатических условий.

Начало: Солнечный водонагреватель. Бесплатный источник тепла

как изготовить своими руками, процесс сборки гелиоколлектора для отопления дома

Большую популярность приобретают самодельные солнечные коллекторы. Своими руками их сделать довольно просто. Они предназначаются для преобразования энергии солнечных лучей. В результате с помощью полученной энергии можно разогревать воду, отапливать различные помещения, в том числе оранжереи и теплицы. Аппараты крепятся практически к любым поверхностям — крышам теплиц, стенам одноэтажного или многоэтажного дома. Если необходимо отапливать большие помещения, желательно приобретать профессиональный аппарат. Для других же построек коллектор, работающий от солнца, можно изготовить и своими руками.

Принцип работы

Все устройства работают по одинаковой схеме. Сначала солнце качественно прогревает теплоноситель. Энергия проходит по трубочкам и попадает в бак с необходимой жидкостью. Трубочки и теплоноситель располагаются внутри бака. Жидкость, находящаяся в контейнере, быстро нагревается. Позже горячую воду используют для бытовых нужд: с её помощью отапливают помещения и т. п.

Температуру нагреваемой воды можно самостоятельно регулировать специальными датчиками. Если жидкость сильно остывает, в работу включается резервный режим подогрева. Коллектор можно подключать к газовому или электрическому котлу. В большинстве случаев он применяется для обогрева частных домов или теплиц. Устройство выполняется в нескольких вариантах:

• плоском;
• воздушном;
• вакуумном.

Принцип действия всех трёх аппаратов практически не имеет различий. Сначала солнечные лучи греют аппарат, а затем отдача энергии происходит по специальным каналам.

Плоский коллектор

Теплоноситель в этом устройстве нагревается при помощи пластинчатого абсорбента. Это плоская пластина, выполняемая из теплоёмкого металла. Верхняя часть поверхности покрывается тёмным цветом. К нижней части прикреплена трубка, имеющая змеевидную форму, — по ней проходит жидкость.

Покрытие краской необходимо для того, чтобы солнечные лучи лучше поглощались. Энергия, получаемая в результате нагрева, поглощается теплоносителем под абсорбентом. Для минимизации её потерь используют теплоизоляцию корпуса. Это осуществляется с помощью специального закалённого стекла. Его помещают прямо над абсорбентом. Аппарат часто используют для обогрева хозяйственных объектов на дачах.

Вакуумный аппарат

Конструкция в этом случае отличается от предыдущего варианта. Главный рабочий элемент — это вакуумная трубка, а также теплоноситель. Поверхность из стекла поглощает очень много лучей благодаря высокоселективной обработке. Энергия проникает внутрь теплоносителя очень быстро.

Вакуумная прослойка обеспечивает максимальное поглощение тепла. Энергия солнца проходит через специальный теплосборник и продвигается к системе аппарата. Вакуумный коллектор имеет более высокую производительность, если сравнить его с плоским вариантом.

Воздушный вариант

Подобный аппарат — один из самых эффективных по своим свойствам. Проблема в том, что солнечные батареи в таком аппарате встречаются нечасто. Воздушный коллектор уже не предназначен для частных домов, как предыдущие виды. Он служит для кондиционирования воздуха.

Теплоносителем является обычный кислород, который разогревается под солнцем. Принцип действия аппарата: кислород нагревается под солнечными лучами и создаёт кондиционирование воздуха при подаче в помещение. Обычно устройство устанавливают в коммерческих объектах, но иногда его можно увидеть и в частных домах.

Плюсы и минусы гелиосистемы

Даже самое эффективное оборудование всегда имеет как достоинства, так и недостатки. Чтобы понять, нужно ли приобретать аппарат для конкретного помещения, нужно ознакомиться с положительными и отрицательными сторонами устройства.

Положительные свойства:

• Расход электроэнергии сокращается в 3 раза.
• Природные ресурсы истощены, поэтому сделанный своими руками аппарат может стать отличным источником отопления.
• В воздушные аппараты можно добавлять различные ароматизаторы — тогда в помещении не только станет тепло, но и будет приятно пахнуть.
• В агрегат можно добавить антифриз — так вода не замёрзнет при низкой температуре.

Недостатки устройства:

• Оборудование появилось относительно недавно, потому могут возникнуть сложности с эксплуатацией. При тщательном изучении инструкции эта проблема легко решается.
• Из-за часовых поясов и длины светового дня агрегат устанавливается не во всех регионах.
• Самостоятельно изготовленный аппарат рекомендуется использовать в качестве дополнительного, а не основного источника энергии.

Необходимые материалы

Изготовить гелиоколлектор своими руками можно в домашних условиях. Для этого требуется подобрать определённые материалы, без которых работа не будет представляться возможной. Чтобы сделать солнечный коллектор для нагрева воды своими руками, нужно найти следующие элементы:

• Датчики температуры, которые помещаются в устройство.
• Качественные переходники, необходимые для подключения системы к водоснабжению дома.
• Хороший водосток, который требуется для снабжения горячей водой.
• Датчики температуры, отслеживающие подогрев жидкости.
• Расширительный бачок.
• Циркуляционный насос.
• Солнечный регулятор.

Инструкция по сборке

Для начала следует определиться с габаритами устройства. Перед тем как приступать к работе, необходимо изучить площадь, куда планируется устанавливать коллектор, создать необходимые чертежи. Следует определить интенсивность солнечных лучей: в холодных регионах они слабые, а в южных — сильные, от этого надо отталкиваться при определении местоположения.

При расчётах нужно учитывать месторасположение дома или теплицы, которые предполагается отапливать. Необходимо уделить внимание материалу, из которого сделан нагревательный контур. Чем ниже будут показатели, тем ниже получится температура водяного или воздушного потока. Чтобы самостоятельно собрать устройство, следует соблюдать основные этапы:

• собрать короб;
• сделать теплообменник и радиатор;
• произвести накопитель и аванкамеру;
• агрегатирование.

Изготовление короба

Чтобы сделать коробку, следует использовать доску 30 х 120 мм. Это необязательный показатель, можно изготовить короб на 5 мм шире или уже. Днище создаётся из текстолита, оснащённого рёбрами.

Чтобы произвести качественную теплоизоляцию, используется пенопласт. Нужно следить за тем, чтобы пенопласт плотно входил в разъёмы и не образовывались щели, — только так можно добиться надёжной теплоизоляции. Нижняя часть короба покрывается листом из оцинковки. Вместо пенопласта можно использовать минеральную вату, но набивать её необходимо так же плотно, чтобы холод с улицы не проникал внутрь помещения.

Создание теплообменника

Изготовление качественного теплообменника — ответственный и сложный процесс. Для сборки понадобятся хорошая дрель и сварочный аппарат.

Порядок работ:

1. Нужно найти металлические трубки. Их длина должна составлять 1,6 м. Понадобится 15 таких элементов — впоследствии они объединятся в общую конструкцию. Необходимо найти несколько дюймовых трубок длиной 0,7 м.
2. В утолщённых трубах делаются отверстия с диаметром как у маленьких. В них будут устанавливаться трубки. Отверстия должны располагаться на одной оси. Минимальный шаг между ними — 4,5 см.
3. Все подготовленные трубки собираются в цельную конструкцию. Чтобы произвести надёжную фиксацию, используют сварочный аппарат.
4. На оцинкованный материал помещается теплообменник. Для эффективной фиксации он крепится стальными хомутами.

Чтобы оборудование лучше поглощало лучи, желательно покрасить его в тёмный цвет. Внешние составляющие покрываются белой краской. Так потери тепла снизятся. Около перегородок следует поставить покровное стекло. Все стыки хорошо герметизируются. Расстояние между элементами должно составлять около 11 мм.

Поскольку крепление осуществляется при помощи сварки, нужно иметь соответствующий опыт работы с агрегатом, чтобы не пережечь конструкцию. Если опыта мало или нет совсем, желательно потренироваться на ненужных деталях, а уже потом переходить к основным работам. Трубки очень легко прожечь, если установить неправильную силу тока. Следует быть аккуратным.

При сборке агрегата необходимо соблюдать технику безопасности, чтобы не навредить себе. Работа со сваркой должна проходить только в защитной маске, в противном случае можно повредить глаза.

Сборка накопителя

Для изготовления устройства необходимо найти сосуд, имеющий объем 140−380 л. Обычно используют цельную бочку. Подойдёт и сварная конструкция, из которой не будет вытекать вода, то есть полностью герметичная. Нужно сделать накопитель так, чтобы он был изолирован от тепловых потерь. К камере необходимо прикрепить шарнирный кран, через который будет проходить жидкость. Объём аванкамеры — 36−40 л.

Проведение агрегатирования

Когда все нужные детали готовы, можно приступать к сборке всех частей. Следует придерживаться определённого алгоритма, нарушать который нежелательно. Порядок действий можно представить следующим образом:

1. На место ставится накопитель и аванкамера. Уровень воды в аванкамере — на 0,8 м выше, чем в накопительном баке. Необходимо установить также устройство, с помощью которого жидкость перекрывается.
2. Коллектор ставится на каркас строения.
3. Устройство для нагрева воды размещается сверху — на теплице или доме. Желательно поставить его на южную сторону, чтобы лучи от солнца лучше попадали на оборудование. Нужно проследить за тем, чтобы аппарат был наклонен под углом в 35° к горизонту.

Между накопительным агрегатом и теплообменником выдерживается обязательное расстояние в 50 см. В противном случае будут потери солнечной энергии. Коллектор ставится чуть ниже накопителя, а сам накопитель — ниже аванкамеры.

Покупать или делать самостоятельно

Устройства, изготовленные своими руками, имеют довольно низкий КПД. Именно поэтому подобные конструкции применяются только для обогрева маленьких оранжерей и теплиц. Для большого частного дома или квартиры использовать подобный агрегат нецелесообразно. Вакуумный, воздушный или плоский аппарат в состоянии повысить комфорт в загородном доме или на даче.

С помощью подобного самодельного аппарата можно понизить затраты на электроэнергию, что является несомненным плюсом. Солнечный коллектор для отопления дома своими руками собрать намного проще, чем может показаться на первый взгляд. Требуется следовать инструкциям и иметь навыки слесарных работ.

Покупной аппарат будет выигрывать по степени эффективности. Выбор остаётся за пользователем: если есть необходимость отапливать небольшие помещения, то вполне можно изготовить самодельный аппарат. Если человек проживает в холодном регионе — покупной вариант лучше справится с поставленной задачей, чем изготовленный своими руками тепловой коллектор.

Устройство солнечного коллектора, их виды и принцип работы

Солнечный коллектор – это особое устройство, предназначенное для превращения энергии солнца в тепло. В отличие от солнечных батарей, работающих на принципе фотоэффекта и вырабатывающих ток, коллекторы предназначены для нагрева жидкости-теплоносителя. Поэтому их широко применяют в системах ГВС и отопительных коммуникациях частных домов. Существует две разновидности данных агрегатов, таким образом, устройство солнечного коллектора и особенности работы напрямую зависят от его типа.

Принцип работы же всех коллекторов, по сути, одинаков. Солнечные лучи падают на внешнюю поверхность коллектора, нагревая находящийся в нем теплоноситель. Разогретый теплоноситель по тонким трубкам поступает в накопительный бак, заполненный водой. Причем трубки для теплоносителя проходят через весь объем бака, за счет чего обеспечивается равномерный прогрев жидкости. По мере протекания через бак теплоноситель остывает и подается обратно в коллектор уже в холодном состоянии, где вновь нагревается. Таким образом гарантируется постоянная циркуляция горячего теплоносителя через накопительный бак с водой. Вода из бака может использоваться для купания, мытья посуды и прочих бытовых нужд или же подаваться в отопительные радиторы.

Плоские коллекторы

Основной элемент такого коллектора – плоский абсорбер (теплопоглотитель) со змеевидной трубкой для теплоносителя. Абсорбер имеет вид металлической пластины, верхняя часть которой обязательно выкрашена в черный цвет (для максимально полного поглощения солнечных лучей). К нижней плоскости пластины приварена тонкая металлическая трубка, изогнутая в виде змеевика. Именно по этой трубке и циркулирует теплоноситель (обычно это вода, реже – антифриз). Сварочные швы проходят по всей длине змеевика для обеспечения полного теплового контакта.

Такой абсорбер помещается в корпус, изготовленный из тонких алюминиевых профилей. Верхняя часть корпуса закрывается особо прочным закаленным стеклом с максимальной светопроницаемостью (иногда для этих целей используется сотовый поликарбонат). Обязательное условие – наличие надежной теплоизоляции между абсорбером и стенками корпуса. Это необходимо для предотвращения теплопотерь в окружающую среду.

Вакуумные коллекторы

Отличие вакуумного солнечного коллектора от плоского только одно, но принципиальное. Это отличие – устройство абсорбера. В вакуумных моделях он представляет собой системы вакуумированных трубок из особого стекла. Внутри каждой трубки находится медный стержень с теплопередающей жидкостью.

Причем трубки такого солнечного коллектора различаются по конструктивным особенностям:

• Коаксиальные. Больше всего они напоминают классические термосы. Стеклянные колбы с двойными стенками (между ними – вакуум), внутри которых запаяна трубка из меди с легко вскипающей жидкостью. Теплопередача идет непосредственно от самой колбы, ее стенки имеют теплопоглощающее покрытие. При нагревании жидкость испаряется, передавая тепло далее в систему. Затем пар в виде конднесата оседает на дно трубки, после чего циклический процесс возобновляется.
• Перьевые. Это колбы с одной, но толстой и прочной стенкой. Внутри — теплопоглощающая трубка (также из меди), снабженная гофропластиной с абсорбционным слоем. За счет такого устройства вакуум формируется в тепловом канале, причем сам канал (равно как и абсорбер) частично интегрирован в колбу.

Очевидно, что у вакуумного вида солнечного коллектора гораздо более сложное устройство, чем у плоского аналога. Более того, помимо разных типов стеклянных трубок для них используют и разные теплоканалы (трубки из меди, в которых проходит теплоноситель).

Так, теплоканалы вида «heat pipe» («горячая труба») представляют собой герметичные трубки с легко вскипающей жидкостью. При нагревании она испаряется, движется вверх канала и отдает там набранную тепловую энергию, конденсируясь в особом теплосборном узле. Остыв, жидкость стекает в нижнюю часть канала, повторяя цикл. А теплоноситель самого солнечного коллектора забирает отданное тепло, передавая его дальше в систему.

Очень востребованы и прямоточные каналы. Во внутренней части колбы располагаются две объединенные трубки из меди. Одна из них служит для подачи жидкости в колбу, другая – для выхода жидкости. В процессе прохода через колбу жидкость нагревается.

Виды теплоканалов и трубок могут комбинироваться между собой в различных вариациях. Причем каждое такое сочетание трубки/канала обладает своими эксплуатационными особенностями, достоинствами и недостатками.

Видео про солнечные коллекторы:

Воздушные коллекторы

Воздушные варианты солнечного коллектора известны гораздо меньше, чем вакуумные или плоские модели. Тем не менее, они достаточно неплохо зарекомендовали себя в осушительных установках, в комплексах воздушного отопления и в системах рекуперации воздуха. Схема работы и устройство такого коллектора очень просты.

Теплоносителем, как ясно из названия, является не жидкость, а обычный воздух. Конструктивно воздушный коллектор представляет собой плоскую панель с ребристой (иногда – дополнительно перфорированной) поверхностью или же систему трубок из металла хорошей теплопроводности. Воздух в коллекторе нагревается благодаря непосредственному контакту с металлом (который прогревается под солнечными лучами). С помещением коллектор соединяется через воздуховоды (один – для забора воздуха, второй – для подачи), в которых установлены вентиляторы для обеспечения циркуляции воздушных масс.