Солнечный коллектор и его устройство

Как известно, ресурсы энергии солнца неистощимы, чего не скажешь о запасах твердых, жидких или газообразных видах топлива. Применение солнечного излучения не причиняет вред окружающей среде и экономит средства у хозяев загородных домов. Для того, чтобы воспользоваться таким подарком природы, можно купить готовый комплект оборудования или подробно изучить устройство солнечного коллектора и сделать его своими руками из недорогих средств, находящихся под рукой.

Благодаря установке солнечного коллектора и солнечной энергии отопление и горячая вода будут на даче круглый год.

Достигающий поверхности земли поток солнечных лучей имеет мощность, примерно составляющую 1000 – 1200 Вт на 1 м². Конечно, этот параметр относителен, на него влияют климатические условия, облачность, рельеф, время года и множество других факторов, однако, при правильном использовании солнечной энергии возможно полностью обеспечить горячей водой и теплом загородное строение.

Альтернативная энергетика и ее средства

Условная схема солнечного коллектора для отопления частного дома.

Несмотря на то, что гелиоустановки, используемые для обогрева и аккумуляции энергии солнца, имеют различия в конструкции, все они выполняют одинаковые функции. Их предназначение – сбор и преобразование солнечной энергии в тепловую. Даже если за окном пасмурно, солнечный коллектор может показать чудеса продуктивности.

Работа солнечного коллектора подчиняется простым законам физики. Лучи солнца попадают в замкнутое пространство, преобразуются в тепловую энергию и копятся, ведь выйти обратно нет никакой возможности. Даже если учесть частичные энергетические потери непосредственно в коллекторе, трубопроводах и аккумуляторной установке, схема отопления с КПД, примерно равным 60%, может достойно конкурировать с более распространенными видами отопления (воздушное, водяное).

В северных странах солнечные коллекторы, установленные на так называемых «солнечных домах», обеспечивают до 50% потребностей в тепловой энергии.

Их дополняют печи или камины на древесине. В качестве стимуляторов термических гелиоустановок, обеспечивающих теплом дома, ориентированные относительно сторон света, используются насосы. Потребление электроэнергии таких насосов составляет менее чем 400 кВт/час в год.

Виды солнечных коллекторов

Схема работы солнечного коллектора.

Мобильные аккумуляторные преобразователи солнечной энергии. В их число входят аппараты, которые способны поворачиваться своими зеркалами относительно движения солнца. Такие коллекторы довольно эффективны, но не востребованы из-за своей высокой стоимости.

Коллекторы-концентраторы воздушные, работа которых основана на таком явлении как “парниковый эффект”. Инфракрасные лучи, проникающие через пленку ПВХ, стекло или поликарбонатную плоскость, поглощаются в теплоприемнике. Теплоприемник, нагреваясь, отдает тепло воздуху под пленкой. Затем горячий воздух используют для отопления помещения.

Плоские коллекторы, представляющие собой остекленный ящик черного цвета, который собирает лучи под углом 30 – 35º. Работа такого солнечного коллектора ограничивается продолжительностью дня, а эффективность зависит от принимаемой излучение площади и занимаемого положения (вертикального или наклонного). Схема устройства системы отопления, основанная на плоских коллекторах, самая дешевая и наиболее распространенная.

Коллекторы трубчатые. Такие устройства характерны черными трубками, заполненными теплоносителем. Циркуляция теплоносителя происходит за счет разницы температур коллектора и холодной части накопителя снизу. Круглые трубы в отличие от плоских деталей имеют большую площадь поверхности, поглощающей свет.

Схема работы вакуумного солнечного коллектора: 1. трубки с жидкостью (вода, антифриз) 2. теплоизоляционный корпус 3. отражатель 4. рама жесткости 5 и 6. баки для холодной и горячей воды.

Коллекторы вакуумные. Они являются разновидностью трубчатых коллекторов. Конструкция характерна стеклянными трубками, внутри которых располагаются черные трубки с теплоносителем. Зазор между стеклом и трубкой черного цвета заполнен вакуумом, выполняющим теплоизоляционные функции. Схема работы вакуумного солнечного коллектора имеет следующий вид, где:

• 1. трубки с теплоносителем;
• 2. изоляционный корпус;
• 3. отражатель;
• 4. жесткая рама;
• 5, 6. емкости с холодной и горячей водой.

Концентраторы излучения солнца, оснащенные рефлекторами, которые фокусируют солнечные лучи. Зеркала и отражатели, которые концентрируют энергию солнца, увеличивают плотность и мощность потока. За счет этого появляется возможность уменьшить занимаемую площадь элемента, принимающего солнечное излучение. В целях увеличения продуктивности установки оборудуются следящими за движением солнца датчиками.

Простой дачный солнечный коллектор

Его можно сделать из обычной металлической бочки объемом 100 – 200 л. Ее устанавливают на крышу. Если такой аппарат поставить с южной стороны крыши на поверхность, покрытую блестящим листом из металла, то это позволит получать примерно 0,1 м³ разогретой до 60º С воды в день. Поверхность бочки отлично освещается лучами солнца, а малая площадь воздушного теплообмена позволяет добиться КПД, аналогичного заводским установкам.

К недостаткам солнечного коллектора, сделанного из бочки, можно отнести возможность применения только в районах с чистой экологией, расположенных вдалеке от заводов, фабрик, автомобильных магистралей или аэропортов. Такие агрегаты неэффективны в зимнее время и в ветреную погоду.

Коллектор из змеевика от старого холодильника

Схема работы воздушного солнечного коллектора для отопления.

Змеевик старого холодильника может послужить основой для довольно эффективной гелиоустановки. Помимо этого потребуется:

• фольга;
• стекло;
• коврик из резины;
• рейки для каркаса.

Порядок работ.

1. Змеевик полностью очищается от фреона, и вокруг него при помощи реек сооружается каркас. Точный размер каркаса зависит от габаритов рабочей поверхности устройства, то есть от того, какую марку имеет сломанный холодильник. Резиновый коврик подгоняется под размер каркаса, в котором свободно размещается змеевик.
2. Дно каркаса, покрытое резиновым ковриком, покрывается слоем фольги.
3. При помощи хомутов, которые можно снять все с того же холодильника, змеевик фиксируется внутри готовой конструкции. Хомуты крепятся с помощью винтов.
4. В каркасе дрелью сверлятся отверстия для вывода трубок от змеевика.
5. Дно получившейся конструкции солнечного коллектора дополнительно укрепляется рейками, прибитыми с обратной стороны.
6. Сверху устанавливается стекло. Взять его можно из старой рамы. По всему периметру каркаса стекло фиксируется скотчем или несколькими шурупами.

Изготовленную конструкцию солнечного коллектора монтируют на южной стороне крыши. Наиболее оптимальный угол наклона составляет 35°. Такой уклон позволит предотвратить накопление осадков на стеклянной поверхности коллектора. Также установку можно поставить во дворе, изготовив для нее наклонные опоры.

Схема устройства самодельного коллектора.

Схема устройства такого коллектора имеет следующий вид, где:

• 1. труба для перемещения горячей воды;
• 2. кран сброса давления;
• 3. трубопровод подачи нагретой воды;
• 4. арматура запорная;
• 5. кран подпитки;
• 6, 7. трубопровод с холодной водой;
• 8. разгрузочный кран для слива.

Гелиоустановка соединяется при помощи трубопровода с емкостью-накопителем горячей воды. Нагретая вода, имеющая меньшую плотность, чем холодная, из коллектора самотеком перемещается в накопитель. Как правило, в качестве накопителя используется бак или бочка, установленная на крыше или земле и закрытая крышкой, которая оснащена краном сброса давления. Другая труба, оборудованная запорным краном, выходит из емкости-накопителя и доставляет холодную воду в коллектор.

В такой системе замкнутого типа вода циркулирует, охлаждаясь и затем вновь нагреваясь. Горячая вода, имеющая меньшую плотность, направляется в емкость, а через нижнюю часть холодная более плотная вода поступает обратно в коллектор.
Коллектор из труб, стекла и утеплителя

Первым делом собирается короб под коллектор. Для этого можно применить фанеру, дерево или металл. Размер короба напрямую влияет на его емкость, то есть, чем больший размер имеет короб, тем больше воды сможет нагреть солнечный коллектор.
На примере будет рассмотрено изготовление короба из толстой фанеры, имеющего следующие размеры:

• высота – 1700 мм;
• ширина – 1000 мм;
• толщина короба – 200 мм.

Для производства работ потребуются:

• водопроводные трубы Ø16 мм и толщиной стенки 1,5 мм;
• саморезы;
• силикон сантехнический;
• 2 резьбы размером 1 дюйм;
• лист фанеры толщиной 12 мм;
• бруски 50 х 50 мм;
• минеральная вата (утеплитель);
• лист оцинкованной стали;
• рейки длиной 1700 мм – 2 шт;
• рейки длиной 1000 мм – 2 шт;
• стекло толщиной более 10 мм 950 х 1650 мм;
• шуроповерт;
• лобзик;
• ножницы по металлу.

Инструкция.

1. Лист фанеры размечается и распиливается лобзиком. Необходимо получить лист, имеющий следующие размеры: высота – 1700 мм, ширина – 1000 мм.
2. Раскраиваются и выпиливаются еще две части из фанеры с размерами 1700 х 200 мм и 1000 х 200 мм. В итоге получится основа для короба.
3. В углах листа размером 1000 х 1700 мм при помощи саморезов крепятся четыре бруска, имеющих высоту 190 мм. Полученная конструкция должна напоминать стол на маленьких «ножках».
4. Ножки соединяются между собой в прямоугольник при помощи саморезов и еще 4-х кусков бруса. Куски бруса крепятся таким образом, чтобы их ребра плотно лежали на большом фанерном листе.
5. На дно короба укладывается слой минеральной ваты, а сверху – оцинкованный лист стали. Лист вырезается с таким расчетом, чтобы он входил в короб и края бруса оставались свободными.
6. Устройство радиатора из труб. Металлические трубы можно соединить на резьбе, но, чтобы избежать протечек, лучше их сварить газосваркой. В случае, если в наличие нет газосварки, то можно обратиться за помощью в ближайший сварочный цех. Полученный радиатор должен быть следующих размеров: высота – 1550 мм, ширина – 850 мм, зазор между трубами – 20 – 30 мм. Вся конструкция имеет форму змеевика с двумя концами (выходное и входное отверстия), оснащенными резьбовыми соединениями и выходящими за пределы короба.
7. Внутренняя часть бруса, лист оцинкованной стали и радиатор окрашиваются краской черного цвета.
8. Сверху на короб при помощи силикона, нанесенного на брус, крепится стекло. Можно также нанести силикон сверху стекла и открытого бруса и прижать его рейками из дерева. Концы реек для более лучшей стыковки заблаговременно срезаются под углом 45º.
9. Рейки крепятся к брусу при помощи саморезов.

Вот и все. Коллектор готов.

Коллектор нужно устанавливать в таких местах, где на него будет падать наибольшее количество солнечных лучей.

Остается только подключить воду и сделать в коллекторе отвод линии на потребителя.

Сделав все правильно, будет обеспечено получение горячей воды прямо из коллектора сделанного своими руками. Для увеличения количества получаемой воды, можно сделать 2 или 3 коллектора и компенсатор.

В качестве компенсатора может использоваться обычная металлическая бочка на 200 л, которая размещается вблизи коллекторов и тщательно теплоизолируется.

Помимо значительного уменьшения затрат на отопление у солнечных коллекторов, сделанных своими руками, имеется еще один значительный плюс: их можно собрать из имеющихся под рукой материалов, доплатив только за то, чего не хватает.