Солнечный коллектор виды устройство и принцип работы. Солнечные коллекторы: характеристики и обзор моделей

Монтаж

Содержание

Современный рынок предлагает большое разнообразие нагревательных приборов, но их стоимость бывает слишком высока. Особенно если нужен не один, а два-три нагревательных бака. Цены на коммунальные услуги постоянно растут, люди вынуждены искать способы сэкономить на отоплении, и подогреве горячей воды. Есть альтернативный источник отопления, поэтому можно сделать солнечный коллектор своими руками, который будет использовать энергию солнца для домашних нужд. Это экономичный вариант для отопления помещений и обеспечения жилых домов теплой водой.

Солнечный коллектор для отопления дома

В отечественных магазинах можно найти подобное оборудование, но цена будет даже выше, чем сумма, потраченная на установку привычной системы отопления. Солнечный коллектор можно изготовить самостоятельно, используя подручные материалы, которые всегда найдутся в арсенале запасливого хозяина: жестяные листы, банки, пластиковые бутылки, листы поликарбоната, стеклянные трубки, прочее.

Принцип работы

Самодельные коллекторы прекрасно подходят для отопления, подогрева воды в небольших домах, коттеджах, подогрева бассейнов. Решив собрать дома своими руками подобный агрегат, нужно вспомнить физические законы, разобраться в принципе его работы:

Приемное устройство поглощает (абсорбирует) солнечную энергию: в качестве таковых могут быть использованы медные или стеклянные поверхности черного либо темного цвета. Именно эти материалы обладают большей абсорбцией и оптимальны для подогрева воды или других жидкостей.
Тепло от абсорбера передается на бак с теплоносителем: водой, антифризом, другой специальной жидкостью, которая будет обогревать ваш дом.
Теплоноситель по трубам подается в радиаторы, используется для хозяйственных нужд (горячая вода на кухне, в ванной комнате).

Принцип работы самодельного солнечного коллектора

Летний вариант конструкции

Можно сделать солнечный коллектор своими руками достаточно быстро, это не очень сложная работа. Для применения его на даче, в летнее время, вам не понадобятся сложные схемы и особое оборудование:

Если вода нужна только на улице (летний душ, горячая вода для стирки, бассейна, мытья посуды, прочих хозяйственных потребностей), бак тоже устанавливается на улице.
Когда вода нужна в доме, бак будет установлен внутри.
В такой системе происходит естественная циркуляция жидкости, поэтому бак нужно устанавливать на 8-10 сантиметров выше уровня батареи.
Для соединения бака с батареей (абсорбером) понадобятся трубы определенного диаметра.
При большой протяженности системы лучше установить насос, который будет усиливать движение теплоносителя.

Солнечный коллектор из металлопластиковых труб

Важно! Если планируете применять солнечный коллектор для нагрева воды не только летом, но и в холодное время года, схема будет другой, нужно учесть некоторые нюансы.

Можно ли использовать солнечный коллектор зимой

Для круглогодичного использования устройства, нужно подробнее узнать, как работает солнечный коллектор зимой. Главное отличие - теплоноситель. Поскольку вода может замерзать в трубах контура, ее нужно заменить антифризом. Работает принцип косвенного нагрева с установкой дополнительно бойлера. Далее схема такова:

После того как антифриз нагреется, он поступит от батареи, расположенной на улице, в змеевик бака с водой и нагреет ее.
Затем теплая вода будет подаваться в систему, остывшая возвращаться обратно.
Обязательно нужно установить датчик давления (манометр), воздухоотводчик, расширительный клапан для сброса избыточного давления.
Как и в летнем варианте, для улучшения циркуляции необходимо предусмотреть наличие циркуляционного насоса.

Солнечный коллектор на крыше дома в зимнее время года

Нужно знать! Существуют разные схемы коллекторов, которые можно изготовить самостоятельно, они различаются конструкционными особенностями, имеют достоинства и недостатки.

Устройство и виды

Условно данные системы можно классифицировать на два вида :

жидкостные (о которых мы говорим в данном материале);
воздушные солнечные коллекторы, в которых используется не жидкость, а нагретый воздух.

Также они разделяются по КПД, ведь обеспечивают различную теплоотдачу. Это зависит от материалов, используемых для изготовления батареи, ее площади. Оптимальным местом расположения абсорбера является крыша :

попадает максимальное количество солнечного света,
имеет большую площадь,
установленная на крыше батарея не занимает полезное пространство, никому не мешает.

Воздушный солнечный коллектор

Конструкция солнечного коллектора может быть нескольких видов, основные :

вакуумный отопительный коллектор, имеющий самую сложную конструкцию. Вакуумные солнечные коллекторы отлично подходят для обогрева помещений, нагрева воды в любое время года, они полностью обеспечат небольшой дом, коттедж;
плоский солнечный коллектор может быть жидкостным и вакуумным. Это наиболее распространенный тип поскольку достаточно прост в монтаже, при этом эффективен, может обеспечивать дом необходимым количеством тепла для обогрева помещений, водой для хозяйственных нужд;
термосифонный - в качестве абсорбера используются стеклянные или металлические трубки;
трубчатый - самый простой тип, изготовить который можно для дачи, достаточно примитивный, не подходит для использования в зимнее время.

Нас интересует конструкция, которая обеспечивает наличие горячей воды и отопления в доме в любое время года, остановимся на двух оптимальных вариантах, рассмотрим устройство вакуумного солнечного коллектора и плоского.

Плоский коллектор

Это наиболее распространенный вид коллектора, который можно изготовить самостоятельно. Хорошо подходит для использования в теплое время года для подогрева воды, зимой коэффициент полезного действия снижается.

Особенность конструкции состоит в следующем :

корпус имеет плоскую прямоугольную или квадратную форму, выполнен из металла или другого материала, имеющего высокий показатель теплопроводности, покрыт черной краской;
внутри располагают пластину, в которой уложен змеевик из медной трубки небольшого сечения;
по трубкам циркулирует теплоноситель: вода, пропилен-гликоль, антифриз, другие подходящие жидкости;
также внутри корпуса укладывают теплоизоляционный материал, который минимизирует потери тепла;
собирая коллектор такого типа, нужно запастись листом поликарбоната или стекла, который будет служить крышкой и выполнять две функции: препятствовать проникновению мусора, осадков, усиливать подогрев.

Составная часть плоского солнечного коллектора

Важно! Перед тем как собрать конструкцию, нужно проверить швы на герметичность, дабы не допустить попадания влаги, пыли внутрь агрегата, выветривания теплого воздуха.
Совет по уходу! Чтобы избежать снижения КПД, нужно регулярно протирать стеклянную поверхность от пыли, загрязнений.

Вакуумный коллектор

Для водяного отопления можно использовать солнечные коллекторы вакуумного типа. Благодаря конструкционным особенностям они являются более мощными: способны вырабатывать тепловую энергию, которой хватит на подогрев воды и отопление помещений.

Особенности конструкции :

минимизировать потери позволяют трубки, которые помещаются в колбах с выкачанным воздухом;
сверху трубки покрыты абсорбционным материалом, поглощающим световую энергию, внутри - наполнены антифризом (хладагентом);
концы трубок соединены с трубой, по которой проходит теплоноситель;
при нагреве антифриз закипает, преобразуется в пар, который, в свою очередь, поднимается вверх и нагревает теплоноситель;
у данной конструкции есть недостаток: если хоть одна трубка выйдет из строя, ремонт становится довольно проблематичным, так как они соединены последовательно. Придется производить замену всех «внутренностей».

Воздушная солнечная система из вакуумных трубок

Такой воздушный солнечный коллектор для отопления будет более эффективен и пригоден для того, чтобы поддерживать температуру в системе в любой сезон. Хотя в холодное время КПД работающего коллектора может незначительно снижаться из-за короткого светового дня и малой световой активности.

Совет по уходу! Обратите внимание на внутреннюю поверхность накопительного бака для воды, она со временем покрывается накипью, нужна очистка. Периодичность зависит от качества воды в местности.

Примите к сведению: изготовить в кустарных условиях вакуумные трубки с выкачанным воздухом нереально, их придется купить. Это несколько увеличит затраты на обустройство такого типа коллектора.

Изготовление самодельного солнечного коллектора

Если вы заинтересовались вопросом, как сделать солнечный коллектор, рассмотрим основные этапы изготовления плоских конструкций :

Для начала нужно рассчитать габариты будущего обогревателя, исходя из площади отапливаемого помещения. Они также будут зависеть от уровня активности солнца в конкретном регионе, расположения дома, местности, используемых материалов и других факторов. Но отправная точка - все-таки площадь поверхности, на которой он будет установлен.
Продумать, из чего будет изготовлен абсорбер (приемник). Для этих целей можно использовать медные и алюминиевые трубки, стальные плоские батареи, свернутый резиновый шланг и др.
Приемник должен быть окрашен в черный цвет.
Затем нужно изготовить корпус коллектора, для этого подойдут различные материалы. Наиболее распространенный - древесина, можно использовать стекло. Если есть старые окна с остеклением - идеальный вариант.
Между днищем корпуса и абсорбером нужно проложить теплоизоляционный материал (минеральную вату или пенопласт), который будет препятствовать потерям тепла.
Всю площадь нагревателя закрыть металлическим листом (из алюминия или тонкой стали), который будет усиливать эффект.
Сверху уложить трубы змеевика, прикрепить к металлическому листу при помощи строительных скоб или другими способами, концы змеевика вывести наружу.
Сверху тепловые солнечные коллекторы накрывают светопропускающим материалом, чаще всего стеклом. Можно использовать прозрачный поликарбонат, который более практичен: стоек к механическим ударам, неприхотлив в уходе.
Бак для воды нужно покрыть изолирующим материалом или покрасить черной краской, чтобы замедлить процесс остывания воды.
Смонтировать нагревательный элемент на месте и подключить при помощи труб к накопительному баку с водой.
Провести пусковые работы, проверить разводку по всей длине на наличие течи из-за некачественных соединений.

Схема размеров и расположения солнечного воздушного коллектора

Важно! Для лучшего теплообмена необходимо оставлять между стеклом и нагревательными трубками расстояние примерно 10-15 мм. Все стыки должны быть хорошо загерметизированы.

Подведем итоги

В условиях тотального подорожания коммунальных услуг можно использовать альтернативные способы обогрева помещений, подогрева воды для хозяйственных нужд. В других странах солнечные коллекторы применяются для отопления довольно давно.

Если вы не хотите платить большие деньги за промышленный водяной коллектор, его можно собрать самостоятельно, используя подручные материалы. Хотите, чтобы конструкция была более солидной и действительно могла удовлетворять потребности в горячей воде и отапливала ваш дом? Тогда придется посетить строительный магазин, подготовиться к сборке более основательно: приобрести вакуумные колбы, специальные трубки, листы стекла или поликарбоната, другие комплектующие.

Резка и зачистка медных труб для солнечного коллектора

Когда будете решать вопрос, какая система оптимальная, принимайте во внимание: солнечные коллекторы, как любое техническое решение, имеют плюсы и минусы, которые обязательно нужно учитывать.

Плюсы и минусы гелиосистемы

Из положительных сторон выделяют :

экологически чистый вид энергии, получаемый бесплатно;
снижение расходов на оплату коммунальных услуг за централизованный подогрев воды до 40-50 %;
небольшой срок окупаемости;
возможность подогревать воду для хозяйственных нужд и отапливать небольшие помещения d зимний период;
широкий выбор материалов, простота сборки конструкций.

К отрицательным моментам можно отнести :

трудозатраты на создание светового коллектора;
понижение коэффициента полезного действия в зимнее время, что делает практически невозможным использование таких систем в северных широтах;
нужны профилактический уход и очистка;
в холодное время необходимо использовать антифриз, что влечет дополнительные расходы.

На горячее водоснабжение и отопление помещений тратятся немалые средства. Но существует альтернативный источник энергии – вакуумный солнечный коллектор. Слышали о таком? Он позволяет существенно снизить финансовые затраты на поддержание комфорта, обеспечивая максимальный греющий эффект при минимальных теплопотерях.

Этот прибор можно купить у производителей бытового оборудования или собрать самостоятельно в домашних условиях. Чтобы выбрать подходящую модель, предстоит изучить немало информации. Мы поможем вам определиться с основными критериями покупки.

В статье речь пойдет о принципе работы и устройстве вакуумного коллектора. Мы расскажем о конструкционных особенностях различных моделей, рассмотрим плюсы и минусы этих установок. Кроме того, подробно опишем, как сделать и установить вакуумный солнечный коллектор самостоятельно.

Материал сопровождается видеороликами, из которых вы узнаете о важных особенностях и принципах работы вакуумных коллекторов.

От обычных гелиосистем вакуумный солнечный коллектор отличается способом . Классическая батарея просто принимает свет и преобразовывает его в электричество. Коллектор же состоит из стеклянных трубок с воссозданным внутри вакуумом. В единую систему они объединяются посредством специальных стыковочных узлов.

Внутри каждой трубки располагается канал из одного или двух медных стержней с теплоносителем. Улавливая солнечные лучи, действующий элемент нагревает материал-теплоноситель, таким способом обеспечивая работу коллектора.

Вакуумный солнечный коллектор, размещенный на крыше частного дома, будет обеспечивать горячей водой жильцов на протяжении всего года, а в сезон холодов позволит комфортно отапливать помещение, не затрачивая на это больших финансовых средств

За счет такой конструкции уровень энергоотдачи значительно возрастает, а теплопотери существенно снижаются, так как вакуумная прослойка позволяет сохранить около 95 % улавливаемой солнечной энергии.

Кроме того, уменьшается зависимость производительности коллектора от сезонности, температуры окружающей среды и различных погодных условий, как то: порывы ветра, переменная облачность, выпадение осадков и пр.

Как устроен коллектор вакуумного типа?

Современные вакуумные приборы, обеспечивающие помещения теплом и горячей водой за счет солнечной энергии, технологически разнятся.

Коллекторы подразделяют на такие виды:

трубчатый без стеклянного защитного покрытия;
модуль с редуцированной конверсией;
стандартный плоский вариант;
устройство с прозрачной теплоизоляцией;
воздушный агрегат;
плоский вакуумный коллектор.

Все они имеют общее конструктивное сходство, так состоят из:

внешней прозрачной трубы , откуда полностью выкачан воздух;
нагреваемого патрубка , расположенного в большой трубе, где перемещается жидкий или газообразный теплоноситель;
одного или двух сборных распределителей , к которым присоединяются трубы большего калибра и входит циркуляционный контур тонких, размещенных внутри, трубок.

Целиком конструкция чем-то напоминает термос с прозрачными стенками, в котором выдержан беспрецедентно высокий уровень тепловой изоляции. Благодаря этой особенности корпус внутренней трубки приобретает способность качественно прогреваться и полноценно отдавать энергетический ресурс циркулирующему внутри теплоносителю.

Конструкционные нюансы и классификация

Коллекторы вакуумного типа классифицируют по виду стеклянных трубок, установленных в конструкции, либо по характеристикам тепловых каналов. Трубки обычно бывают коаксиальными и перьевыми, а тепловые каналы – U-образными прямоточными и heat pipe типа. .

Характеристика коаксиальных трубок

Коаксиальные трубки представляют собой двойную стеклянную колбу-термос с искусственно созданным между стенками вакуумным пространством. Внутренняя поверхность трубки имеет слой специального теплопоглащающего покрытия, поэтому фактическая передача тепла происходит непосредственно от стенок стеклянной колбы.

Коаксильные трубки делают из высокопрочного стекла на основе боросиликатов, обладающего высокой светопропускной способностью. Элементы, в зависимости от производителя, имеют до трех слоев магнетронного напыления, демонстрируют отличную прочность и устойчивость к различным атмосферным проявлениям (дождь, град и пр.), выдерживают давление в 1 Mpa и надежно служат в течение 15 лет

В качестве поглощающего элемента в стеклянную трубку впаивают медную трубку, содержащую эфирный состав. В процессе нагревания он испаряется, эффективно отдает свое тепло, конденсируется и стекает на нижнюю часть трубки. Затем цикл повторяется, создавая таким образом непрерывный процесс теплообмена.

Особенности перьевых трубок

Вакуумные перьевые трубки имеют большую толщину стенок, нежели коаксиальные, и состоят не из двух, а из одной колбы. Внутренний абсорбционный элемент из меди снабжается по всей длине прочным усилителем – гофрированной пластиной с высокоуровневым энергопоглощающим напылением.

Благодаря такой конструкционной особенности вакуум располагается непосредственно в тепловом канале, часть которого вместе с абсорбентом интегрируется непосредственно в колбу.

Перьевая вакуумная трубка внутри содержит пластину, своей формой напоминающую перо. По уровню КПД превышает возможности своего коаксиального аналога, но имеет значительно более высокую стоимость и сложно заменяется в случае нарушения целостности колбы или выхода из строя греющего элемента

Коллекторы, изготовленные на основе перьевых вакуумных трубок, считаются наиболее эффективными в своем классе, отлично справляются с поставленными задачами и надежно служат в течение многих лет.

Принцип работы теплового канала heat pipe

Тепловые каналы heat pipe состоят из закрытых трубок, содержащих легко испаряющийся жидкий состав. Под воздействием солнечных лучей он прогревается, переходит в верхнюю область канала и сосредотачивается там в специальном теплосборнике (manifold).

Рабочая жидкость в этот момент отдает все накопленное тепло и снова опускается вниз для возобновления процесса.

Гильза теплообменника heat-pipe соединяется с теплообменником manifold’а посредством специального гнезда, впаянного в сам в 1-трубный теплообменник, либо огибается 2-трубным теплообменником.

Как правильно разместить прибор?

Чтобы вакуумный коллектор мог полноценно работать и эффективно обеспечивал жилое помещение необходимой энергией, для него необходимо найти наиболее удачное место и правильно сориентировать прибор относительно частей света.

Солнечные коллекторы вакуумного типа намного практичней своих плоских аналогов. Когда какая-то из рабочих трубок получает повреждения и выходит из строя, ее очень легко заменить на новую. После этого система продолжит функционировать в прежнем режиме. Если сразу возможности поставить новый элемент на место испорченного нет, не беда. Агрегат сможет исполнять свои «обязанности», даже имея в наличии узел с поврежденным элементом

Для населенных пунктов северного полушария актуально разместить коллектор в южной части крыши дома или на солнечной стороне участка. Желательно обеспечить для плоскости прибора минимальное отклонение.

Если возможности направить поверхность на юг нет, стоит выбрать среди запада и востока максимально светлый ракурс на открытом пространстве.

Высокая рабочая эффективность коллектора вакуумного типа обусловлена еще и тем, что он действует по принципу зеркала и выравнивает свою тепловую мощность исходя из текущей высоты солнца

Энергетический солнечный комплекс не должны закрывать дымоходы, декоративные фрагменты кровельного покрытия, раскидистые ветви деревьев и высокие жилые или технические строения. Это понизит эффективность работы и уменьшит уровень прогрева действующих элементов.

Если агрегат расположен правильно, он обеспечит практически одинаковую теплоотдачу в течение всего года, независимо от сезона.

Если большого опыта осуществления сложных ремонтно-монтажных и слесарных работ нет, делать в домашних условиях вакуумирование трубок нерационально. Этот процесс очень трудоемкий и требует наличия специальных знаний и профильного оборудования.

Как правильно смонтировать вакуумный солнечный коллектор своими руками в домашних условиях. Все нюансы процесса, рекомендации и полезные советы.

Зная базовый принцип работы трубчатого вакуумного солнечного коллектора, можно собрать агрегат собственноручно. Установка будет полностью соответствовать личным индивидуальным требованиям и нуждам.

Это не слишком трудное занятие, однако оно требует повышенного внимания, скрупулезности и определенных навыков, иначе риск повредить целостность колбы и нарушить ее герметичность значительно возрастает.

Всем заинтересованным в вопросе выбора, установки или самостоятельной сборки солнечного коллектора предлагаем оставлять комментарии и задавать вопросы. Форма для связи расположена в нижнем блоке.

Солнечные коллекторы российского производства - это эффективное оборудование, обладающее довольно высокими качественными характеристиками и способное обогревать жилые дома.

Описание работы устройства

Суть работы таких агрегатов заключается в том, что они способны поглощать, накапливать и распределять накопленную энергию. Используется она для удовлетворения различных нужд потребителей дома. Общий принцип работы солнечного коллектора обусловлен его составляющими компонентами. Он имеет собирательное устройство, контур теплообменника, аккумулятор, приемник и датчики. Основной элемент конструкции изготавливается из сплава меди, который впоследствии изолируется при помощи полиуретана и покрытия. Именно через поглощающее устройство и осуществляется дальнейшее распределение тепла.

За счет того, что в верхней части оборудования происходит движение жидкости, которая производит забор энергии из медных наконечников. Носитель будет нагреваться в змеевике. Такой цикл будет являться замкнутым и продолжаться до тех пор, пока температура носителя не станет выше, чем температура жидкости. Естественно, что существенная часть эффективной работы солнечного коллектора российского производства, как и любого другого, будет зависеть от продолжительности солнечного дня и других особенностей погоды.

Виды коллекторов

Существует несколько основных типов устройств.

Первая модель - это коаксиальная установка. Это приспособление имеет вид двойной колбы из стекла, внутри которой нет воздуха. Он откачивается оттуда. На поверхность наносится абсорбирующее покрытие. По этой причине передача энергии осуществляется непосредственно от самой трубки.
Вторая модель - это перьевая конструкция, которая представлена в виде одностенной колбы.
Имеются также разновидности моделей по циркуляции носителя термосифонной системы.
Имеются системы солнечных коллекторов, в которых устанавливается насос малой мощности. Это сети с принудительной циркуляцией. Преимущество заключается в том, что потребляемая мощность значительно уменьшается, а получаемая энергия увеличивается.
Различают модели и по числу их контуров.

Характеристики российских моделей

Наиболее известные солнечные коллекторы российского производства - это "Дача" и "Универсал". К примеру, модель SCH-18 отличается довольно высоким показателем коэффициента полезного действия, температура конденсата в котором достигает 250 градусов по Цельсию. Колбы у этих видов устройств изготовлены из меди, а теплоноситель - жидкость. Также здесь важно отметить, что в вакууме отсутствует вода, что помогает избежать замерзания в холодный период. Корпус достаточно прочный, что является важным свойством для участков с сильными ветрами. Для того чтобы избежать попадания пыли и грязи, устанавливаются прорезиненные противопылевые прокладки. Наибольшая эффективность наблюдается до температуры в -35 градусов по Цельсию. Данные солнечные коллекторы российского производства изготавливаются по всем международным стандартам, что гарантирует их надежность и безопасность.

Как выбирать устройство

Если возникла необходимость в покупке такого рода устройств, то необходимо учитывать несколько основных нюансов.

Если крыша, на которую планируется установить систему, является плоской, то лучше всего выбрать коллектор с трубчатой системой. Приспособление будет держаться очень прочно при большой парусности.
Нужно довольно подробно изучить такие характеристики трубок, как тип, размер, количество, а также площадь, занимаемая оборудованием.
Кроме того, важно выяснить такие общие параметры системы, как габариты, объем жидкости, поверхность абсорбера, качество стекла колбы и толщина изолятора.
При приобретении нужно учитывать, что в цену солнечного коллектора не входит стоимость таких комплектующих, как бак, аккумулятор и обменник.

Производство в России

Конечно, производство коллекторов в России развивается с каждым годом, но если учитывать мировые масштабы, то российский рынок даже не учитывается при анализе данных. Однако тут стоит отметить, что качество моделей отечественного производства стремительно приближается к европейскому. Если говорить о стоимости данного вида товара, то здесь нужно учитывать такие факторы. Во-первых, имеет ли компания собственное производство комплектующих, а во-вторых, занимается ли она сборкой импортных элементов или покупает уже готовые. Учитывая эти два довольно важных фактора, можно сказать, что средняя цена солнечного коллектора находится в районе от 20 до 30 тысяч рублей.

Также здесь важно понимать, что полноценной сборкой гелиосистем занимаются только такие фирмы, как "Солнечный Ветер" и "Соларинтех". Остальные же компании выпускают лишь солнечные панели. Большой популярностью среди людей пользуются модели, которые изготавливает компания "Сокол". Они хороши тем, что имеется возможность модификации устройства.

Нагрев жидкости

Существуют солнечные водонагреватели для дома, однако для их нормального функционирования необходимо, чтобы соблюдались некоторые условия. Очень важно правильно провести процесс монтажа устройства. От этого зависит мощность нагрева воды. При наиболее благоприятных условиях в зимнее время года удастся увеличить температуру воды примерно на 50-65%, а в летнее время года на 100%.

Основываясь на этих цифрах, можно с уверенностью сказать, что в летнее время года такого рода системы хватит не только на то, чтобы нагревать воду, но и на то, чтобы обеспечить теплом дом. Еще одним довольно большим преимуществом станет то, что в летний период вырабатываемой энергии хватит еще и для работы некоторых бытовых приборов.

Отличия в конструкции и отзывы

Существуют такие типы, как Основное отличие - это трубки для солнечного коллектора данного типа. Они покрываются специальными материалами, чтобы увеличить степень поглощения солнечных лучей. Кроме того, в таких трубках чаще всего имеется еще одна, но с меньшим диаметром.

Между этими двумя комплектующими находится вакуум. Благодаря этому удалось повысить эффективность примерно на 30% и увеличить количество сохраняемого тепла. В коллекторах такого типа можно нагревать жидкость до 300 градусов по Цельсию.

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;
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.

Принцип работы солнечных коллекторов основан на трансформации лучистой энергии солнца в тепловую энергию. Происходит это путем нагревания циркулирующего в коллекторе теплоносителя (чаще всего воды, иногда – антифриза) и последующей передачи накопленного тепла. Иными словами, солнечный коллектор работает как своего рода водонагреватель, что и определило его сферу применения (ГВС частных домов, отопление).

Общий принцип водонагрева

Существуют различные виды гелиоколлекторов, однако в водонагревательных установках все они работают по одной схеме. Солнечные лучи нагревают теплоноситель, который по тонким трубкам поступает в заполненный водой бак. Трубки с теплоносителем проходят через весь внутренний объем бака и нагревают находящуюся в нем воду. В дальнейшем эта вода расходуется на бытовые нужды (отопление, ГВС и т.д.). Температура воды в баке контролируется специальными датчиками, при ее охлаждении ниже заданного минимума автоматически включается резервный подогрев (обычно – газовый или электрокотел).

Такова общая схема работы всех солнечных водонагревательных установок. Что же касается работы плоских и вакуумных коллекторов, то, несмотря на единый принцип действия (нагрев теплоносителя от солнца и последующую отдачу тепла), в их работе много различий.

Плоские коллекторы

Плоский солнечный коллектор нагревает теплоноситель при помощи пластинчатого абсорбера. Устроен он довольно просто. По сути, это пластина теплоемкого металла, выкрашенная сверху в черный цвет специальной краской. К нижней поверхности пластины плотно прилегает (приваривается) змеевидная трубка, по которой и циркулирует жидкость.

Черная селективная краска обеспечивает максимальное поглощение солнечных лучей, причем их отражение практически равно нулю. Поглощенные лучи прогревают теплоноситель под абсорбером, он, в свою очередь, подается далее в систему. Для минимизации теплопотерь применяются теплоизоляция абсорбера от корпуса коллектора и закаленное стекло, почти не содержащее окислов железа. Оно устанавливается над абсорбером и выполняет функцию верхней крышки корпуса. Кроме того, использование подобного стекла позволяет создать своеобразный «эффект парника», что еще больше увеличивает прогрев абсорбера, а значит, и температуру теплоносителя.

Вакуумные коллекторы

Принцип работы вакуумных коллекторов иной. Объясняется это прежде всего разницей в конструкции. Главным рабочим элементом в вакуумных моделях является не пластина абсорбера, а система вакуумированных трубок и теплосборник. Причем вариантов конструкций таких трубок несколько.

Тем не менее, несмотря на конструктивные различия, общая схема действия таких трубок фактически одинакова. Стеклянная поверхность поглощает максимум солнечных лучей благодаря специальному высокоселективному покрытию. Энергия солнца нагревает внутренний теплоноситель, а вакуумная прослойка ликвидирует теплопотери, так как вакуум – лучший изолятор. Через теплосборник аккумулированное тепло поступает далее в систему и используется для нагрева воды в баке-накопителе.

В целом коллектор этого типа обеспечивает более высокую производительность по сравнению с плоским аналогом.

Вакуумные трубки

Устройство классической вакуумированной трубки довольно просто. Она представляет собой двухстенную стеклянную колбу, между стенками которой создан вакуум. Внутри расположен медный сердечник (тепловой канал). Такая трубка называется «коаксиальной». Еще один вид - так называемые «перьевые трубки», одностенные колбы с вакуумом в самом тепловом канале.

Принцип работы вакуумной трубки зависит от особенностей строения ее теплового канала и от типа самой колбы. Каналы же, как и колбы, бывают двух видов, прямоточные и типа heat pipe.

Действие прямоточных каналов основано на непосредственном протекании теплоносителя через U-образную медную трубку. Охлажденная жидкость попадает в трубку из теплосборника, проходит через нее, нагревается и возвращается в теплосборник. Там она отдает накопленное тепло основному теплоносителю и возвращается в трубку.

Трубка heat pipe работает несколько иначе. Принцип ее работы основан на переносе тепла посредством легко испаряющейся жидкости, заключенной в тепловом канале. Сам канал (трубка) выполняется из теплоемкого металла (алюминий, медь). Солнечный свет нагревает жидкость, она испаряется из нижнего конца трубки и конденсируется в теплосборнике. Конденсат стекает вниз, где его вновь разогревает солнечный свет. Основной теплоноситель забирает тепло из теплосборника и передает его через коллектор дальше в систему.

Теплосборник

Помимо трубок, вакуумный солнечный коллектор оснащен теплосборником, которые необходим для передачи тепла от трубок к теплоносителю. Размещается теплосборник в верхней части агрегата. Принцип его работы следующий. Медный сердечник передает накопленную энергию основному теплоносителю, циркулирующему в замкнутом круге «теплообменник бака – коллектор». Циркуляцию обеспечивает специальный небольшой насос. Причем если температура теплоносителя упадет ниже определенного минимума (например, ночью), то управляющая автоматика водонагревательной системы отключит насос. Таким образом предотвращается обратный прогрев, при котором теплоноситель будет забирать тепло горячей воды в накопительном баке.

Воздушные коллекторы

Солнечный коллектор воздушного типа гораздо менее распространен. Применяется он не для подогрева воды, а для нагрева и кондиционирования воздуха. Роль теплоносителя в нем играет собственно воздух, нагреваемый солнечными лучами. По сути, данный коллектор представляет собой ребристую металлическую панель, выкрашенную в черный цвет. Принцип работы его основан на естественной или принудительной подаче в помещения воздуха, который прогревается под панелью под действием солнечных лучей.