Строим солнечный коллектор своими руками (23 фото)

Солнце – это самый мощный источник энергии на Земле. Ежесекундно оно посылает нам более 80 тысяч миллиардов киловатт. Это в несколько тысяч раз больше, чем производят все электростанции мира. Люди всегда старались найти способ применить солнечную энергию для своих нужд. Уже в раннем средневековье они умели добывать огонь при помощи линз, а в наше время емкость на крыше, выкрашенная в черный цвет, нагревает воду и служит летним душем в деревнях и на дачах. Кстати, она является простейшим солнечным коллектором — несложным и оригинальным устройством, позволяющим использовать солнечную энергию для нагрева воды или отопления. Если немного улучшить конструкцию, горячей воды хватит и на все хозяйственные нужды, и на обогрев дома. Для этого нужно понять принцип действия солнечного коллектора.

Как работает солнечный коллектор?

Принцип работы этих устройств основан на трансформации лучистой солнечной энергии в тепловую:

1. солнечные лучи нагревают теплоноситель, циркулирующий в коллекторе по тонким трубкам;
2. нагретый теплоноситель (вода или антифриз) попадает в накопительный бак;
3. в баке он нагревает воду, предназначенную для хозяйственных нужд;
4. остывший теплоноситель возвращается обратно в коллектор.

Принцип действия солнечного коллектора можно сравнить с автомобильной системой охлаждения – излишнее тепло посредством радиатора отводится от работающего двигателя и расходуется на обогрев салона. Но, если для автомобиля важно, в первую очередь, отвести тепло от двигателя, то при устройстве солнечного коллектора необходимо эффективно сохранить его.

Преимущества и недостатки использования солнечных коллекторов

Мировые ученые сходятся во мнении, что доля энергии, получаемой от солнца, будет только возрастать и приводят следующие факты:

• солнце является неиссякаемым и бесплатным источником энергии;
• применение солнечной энергии не приводит к загрязнению окружающей среды и не способствует увеличению парникового эффекта;
• солнечную энергию можно использовать везде, она не нуждается в транспортировке;
• современные научные разработки позволяют эффективно аккумулировать полученную энергию;
• солнечные коллекторы нуждаются в минимальном обслуживании;
• устройство коллектора относительно простое и обходится недорого.

Вместе с тем ученые отмечают и сложности в использовании солнечной энергии:

• эффективность коллекторов напрямую зависит от уровня инсоляции;
• установка оборудования потребует определенных начальных затрат;
• зимой теплопотери ощутимо возрастают.

Еще одним существенным недостатком является возможность получения энергии только в течение светового дня.

Типы солнечных коллекторов

Выше мы кратко описали принцип действия двухконтурного коллектора: по одному контуру течет теплоноситель, по второму – вода. Это устройство может быть и одноконтурным. В нем теплоносителем служит только вода, которая впоследствии и расходуется. Одноконтурный коллектор непригоден для использования зимой, так как вода будет замерзать и разрывать трубки.

Помимо деления коллекторов на одно- и двухконтурные, существуют и другие общепринятые классификации. Так, солнечные коллекторы подразделяют по принципу работы на:

• плоские;
• вакуумные;
• воздушные;
• концентраторы.

Рассмотрим их устройство и принцип действия подробнее.

Плоский солнечный коллектор

Это несложное устройство напоминает сендвич со следующими слоями:

• алюминиевая рама с крепежом;
• теплоизоляция;
• поглощающая поверхность-абсорбент;
• медные трубки;
• защитное стекло.

Пластина-абсорбер выкрашена в черный цвет и обеспечивает максимальное поглощение солнечной радиации, а специальное закаленное стекло, закрывающее всю конструкцию, минимизирует потери энергии, создавая эффект парника и прогревая абсорбирующий слой.

Плоские солнечные коллекторы отличаются простой конструкцией, надежны, но имеют невысокий КПД.

Вакуумный солнечный коллектор

Солнечные коллекторы на основе вакуумных трубок имеют другой принцип работы.

В отличие от коллекторов плоского типа, тепло в вакуумных коллекторах аккумулируют герметично запаянные трубки и теплосборник. Стеклянная поверхность трубок со специальным напылением эффективно поглощает солнечную энергию, которая нагревает теплоноситель внутри трубок. Вакуум предотвращает тепловые потери, работая как изолятор. Через теплосборник циркулирующая жидкость поступает в бак-накопитель для нагрева воды и затем возвращается обратно в систему вакуумных трубок.

Вакуумные элементы позволяют обеспечить в коллекторах этого типа более высокий КПД по сравнению с плоскими аналогами.

Воздушный солнечный коллектор

Коллекторы этого типа не обладают высокой эффективностью, так как воздух имеет более низкую теплоемкость. Зато их можно использовать круглый год, так как воздух не способен замерзать зимой.

Конструкция воздушного коллектора проще и отличается высокой надежностью. Коллекторами воздушного типа можно обогревать как жилые дома, так и производственные помещения, овощехранилища, склады, гаражи, подвалы.

Устройство и принцип работы воздушного коллектора мало отличаются от плоских аналогов: систему медных трубок с циркулирующим по ним теплоносителем заменяет панель-теплоприемник с ребрами.

Устройство панели похоже на сотовый поликарбонат. Между ребрами панели проходит воздух и в процессе нагревается. Нагретый воздух подается в помещение, отдает свое тепло и возвращается обратно в коллектор. Панели изготавливают из материалов с высокой теплопроводностью – меди, алюминия, стали.

В условиях российской климатической зоны с морозными зимами воздушный коллектор не обогреет дом полностью, но в качестве дополнительного источника бесплатного тепла может существенно сэкономить затраты на отопление.

Как сделать солнечный коллектор своими руками?

Мощность солнечного коллектора напрямую зависит от его площади, но с увеличением площади будут расти и затраты на приобретение. В некоторых случаях гораздо выгоднее самим изготовить солнечный коллектор из подручных материалов. Эффективность его будет относительно невелика, но и траты на материалы не скажутся на семейном бюджете. Окупится любая самодельная конструкция очень быстро, если удастся предотвратить потери тепла. Проще всего в домашних условиях изготовить воздушный или плоский солнечный коллектор.

Прежде всего нужно определить место для его установки:

• Панели нужно ориентировать строго на юг под определенным углом, обеспечивающим максимальную инсоляцию. КПД устройства будет выше, если угол наклона панели можно изменять, ориентируясь на высоту положения солнца в данный период. Так, зимой угол наклона должен быть максимальным, а летом панели должны стоять под меньшим углом.
• Панели коллектора нужно устанавливать как можно ближе к помещению, которое будет обогреваться, чтобы снизить теплопотери. Эффективна установка коллектора на южный скат крыши дома или на фронтон. Это минимизирует тепловые потери, но в крыше придется делать дополнительные отверстия.
• На выбранное для установки коллектора место не должна падать тень от заборов, деревьев или других строений.

Следует учитывать, что зимой тени намного длиннее за счет низкого положения солнца над горизонтом.

После выбора оптимального места нужно определиться с материалами, которые будут служить теплоприемниками. Для самодельного воздушного коллектора подойдут алюминиевые банки из-под напитков. Удобства очевидны – алюминий имеет высокую теплопроводность и легко режется, банки имеют стандартные размеры и стыкуются друг над другом.

После того, как необходимое количество банок собрано, их необходимо тщательно отмыть, просушить, вырезать отверстия в горлышке и донце, склеить клеем-герметиком и покрасить в черный цвет.

Количество банок в длину и ширину должно соответствовать размеру панели. После укладки батареи банок в панель нужно организовать каналы подачи и отвода воздуха. Для этого можно воспользоваться готовыми трубками, которые продаются для монтажа вентиляции. В процессе сборки системы нужно предусмотреть утепление задней стороны панели и верхнее стекло. Его можно заменить на кусок поликарбоната.

Готовый коллектор можно подключить к системе вентиляции помещения или оставить автономным. Для большей эффективности к нему подключают вентилятор. Разница температур на входе и выходе в таком коллекторе может достигать 35 градусов.

Помимо воздушного можно организовать и водяное отопление. В качестве теплоприемников могут служить чугунные или алюминиевые батареи, труба или шланг ПНД. Если коллектором планируется
пользоваться круглогодично, систему следует делать двухконтурной и в качестве теплоносителя заливать тосол или любую другую охлаждающую жидкость.

Устройство в своем доме или на даче солнечного коллектора способно значительно снизить затраты на отопление и полностью обеспечить потребности в горячей воде.

Опубликовано 05.09.2017 Обновлено 05.09.2017 Пользователем

Автор статьи

Александр Найден

Эксперт в сфере дизайна, ремонта, промышленного и гражданского строительства. Имеет инженерное образования, в 2006 году закончил Московский Строительный университет.