Особенности эксплуатации солнечного коллектора в Подмосковье. Личный опыт

Идеи о том, как сэкономить, но при этом иметь все блага цивилизации на приусадебном участке без централизованного электро- и водообеспечения, не дают «самоделкиным» покоя. Но зачастую, когда речь заходит об инженерном оборудовании, работающем на «зелёной» энергии, то застройщики от него отмахиваются. Мол, всё это не подходит для наших широт и суровых природных условий с коротким летом, частыми дождями и небольшим количеством по-настоящему жарких дней. Однако опыт пользователей FORUMHOUSE говорит об обратном.

Из этой статьи вы узнаете:

Как своими руками собрать недорогой гелиоколлектор.

Есть ли экономическая выгода от солнечного коллектора, установленного в Подмосковье.

Как своими руками собрать бюджетный солнечный коллектор

Если за границей солнечные батареи, а также гелиоколлекторы давно стали привычным оборудованием инженерной системы загородного дома, то у нас это всё ещё экзотика. Сказывается высокая цена на фирменные установки, а также скепсис домовладельцев, которые не хотят вкладывать деньги в дорогую «игрушку».

Именно желание сэкономить и при этом получить на даче источник горячей воды для летнего душа натолкнуло пользователя портала с ником izhur на мысль: а почему бы не попробовать сделать гелиоколлектор самостоятельно. А заодно — на практике проверить, будет ли толк от этой системы в средней полосе России (Подмосковье).

Думаю, что мысль использовать энергию солнца для нагрева воды приходила не только мне. Но покупать дорогой гелиоколлектор «от фирмы» для эксплуатации на даче мне не хотелось. Тем более, распространено мнение, что толку от него в нашем климате мало. Поэтому я решил засучить рукава и сделать солнечный коллектор самостоятельно и заодно проверить эффективность его работы. Тем более, что старый «народный» летний душ, изготовленный на базе двух полиэтиленовых баков, честно прослужив 4 года, пришёл в негодность.

Чтобы сравнить «было» и «стало», вначале расскажем о старой системе. Летний душ пользователя представлял собой два бака по 40 литров каждый, установленных на крыше «помывочного домика». Первый бак — для горячей воды, второй — для холодной. Вода накачивалась в ёмкости из колодца при помощи электрического насоса. Уровень жидкости контролировался «на глаз».

Душ работал так: вода в первом баке нагревалась электрическим нагревателем и подавалась через обычный садовый шланг к смесителю. Если вода перегревалась (даже при наличии терморегулятора), к ней подмешивалась холодная вода из второго бака, которая также поступала к смесителю через садовый шлаг. Но за четыре года активной эксплуатации баки, под влиянием УФ излучения, потрескались и пришли в негодность.

Можно сказать, всё, что не делается — к лучшему. Наступил черёд модернизации системы. Я сделал плоский алюминиевый гелиоколлектор, с поликарбонатным покрытием, площадью 2 кв. м. Мощность установки примерно 1.5 кВт. Вес – 7 кг.

Пользователь остановился на этой конструкции (плоский гелиоколлектор), т.к. второй тип солнечного коллектора — т.н. «вакуумник», хотя и имеет больший КПД, более дорогой и сложный для изготовления в домашней мастерской.

Кстати, большая часть гелиоколлекторов для домашнего использования, даже промышленного изготовления, имеют площадь до 2 кв. м. Опыт показал, что такие системы проще изготовить и смонтировать даже в одиночку. Мощность системы (при необходимости) наращивается путём объединения нескольких солнечных коллекторов в одну группу.

После тщательного изучения FORUMHOUSE пользователь остановился на плоском варианте гелиоколлектора. Для этого потребовалось освоить пайку алюминиевых трубок твёрдым припоем. Стоимость трубок составила около 450 руб. Также гелиоколлекторы собирают на базе полипропиленовых труб, трубок из меди или гофрированной нержавейки.

Я сделал гелиоколлектор из нержавеющей гофрированной «пятнадцатой» трубы. Её цена — 78 руб. за 1 погонный метр. Площадь коллектора — около 1 кв. м. Вода поступает в бочку на 160 литров, утеплённую пенофолом толщиной в 1 см. Перепад высоты точки забора воды и входа в коллектор — 2 метра. Себестоимость всей системы — менее 1500 руб.

«Поколдовав» с точкой сброса воды (перенеся её из верхней в нижнюю треть гелиоколлектора), пользователь добился естественного и более комфортного перемешивания слоёв холодной и горячей воды. К вечеру вода в бочке, смешавшись, нагревается до рабочей температуры в 40-45 °C. В пасмурные дни — до 30-35 °C.

Кроме этого, есть вариант солнечного коллектора, когда в листе ЭППС вольфрамовой нитью, согнутой в виде буквы «П», присоединённой к трансформатору т.н. электрическим терморезаком, «фрезеруются» канавки в виде змейки. В корпус гелиоколлектора врезаются штуцеры для подводящей и отводящей воду магистрали. Далее на лист экструзионного пенополистирола, на «жидкие гвозди», наклеивается тонкий оцинкованный железный лист или лист алюминия. Затем металл красится в чёрный цвет, и бюджетный и вполне работоспособный вариант гелиоколлектора практически готов. Остаётся только установить его, присоединить магистрали к подводящему баку (ёмкости, где находится холодная вода), накопительному (хорошо утепленному) баку для аккумулирования нагретой воды и заполнить систему водой.

Возвращаемся в гелиоколлектору izhur. В качестве ёмкостей для воды пользователь приобрёл две полиэтиленовые бочки по 160 литров, по цене 700 руб. за каждую (здесь и далее цены указаны за 2012-2013 годы). Бочки обвязываются при помощи полипропиленовых труб. Такие трубы проще монтировать (паять специальным паяльником) и, в отличие от металлопластиковых, в местах соединений (в фитингах) сохраняется одинаковое сечение.

Процесс монтажа солнечного коллектора наглядно демонстрируют следующие фотографии. Из профильной трубы сваривается рама под гелиоколлектор. Угол наклона рамы 45 градусов. Коллектор ориентируется строго на юг.

Делается рама и подставка под бочки.

В подставке высверливаются отверстия для труб.

Подставка монтируется на крыше летнего душа.

В бочку (для горячей воды) врезается ТЭН.

Если посмотреть на дно бочки, то видно 3 выхода. 2 выхода нужны для подключения магистрали от гелиоколлектора, а 3-й вывод идёт в смеситель на лейку душа. Все соединения труб – «американки». Так проще, прямо на месте, прикрутить/открутить трубы и собрать систему. Все трубы дополнительно утеплены.

От бочек с горячей и холодной водой к смесителю идут шланги (обычные садовые, одетые в утеплитель из вспененного полиэтилена — «шубку», закреплённые на штуцерах при помощи хомутов). Перед смесителем оба шланга соединяются шунтом с шаровым краном.

Это сделано для удобства. Например, израсходовав в баке всю горячую воду, пользователь на шунте открывает шаровый кран, и уровень воды в бочках выравнивается, а при подаче воды из шланга обе бочки одинаково заполняются водой.

Далее кран перекрывается, и гелиоколлектор функционирует по следующему принципу: холодная вода поступает в нижний патрубок коллектора, нагревается, поднимается и через верхний патрубок поступает в накопительную бочку.

Также пользователь организовал забор воды только из верхних, более нагретых слоёв, т.к. горячая вода, попадая в бочку, устремляется вверх, а холодная остаётся внизу. Для этого на поплавке из куска пенопласта в бочке с горячей водой от дна поднимается гибкий гофрированный заливочный шланг от стиральной машины.

Для контроля уровня жидкости в систему врезана прозрачная трубка, в которой помещен черный поплавок.

В завершении монтажа системы пользователь утеплил бочки пенофолом (два слоя по 5 мм каждый), а сверху бочки с горячей водой положил круг, вырезанный из ЭППС, толщиной 50 мм.

Бочка для холодной воды утеплена «за компанию», чтобы выдержать единый дизайн.

Такое утепление, конечно, недостаточное. Правильно: надо утеплить бочку минеральной ватой, толщиной около 100 мм, или пенопластом в 5 см.

Экономическая выгода от установки гелиоколлектора в Подмосковье

Испытания показали, что гелиоколлектор отлично работает даже в условиях Подмосковья. Система эксплуатируется следующим образом. С вечера баки заполняются водой, примерно 120-130 литров. Солнце начинает освещать гелиоколлектор в 8:30 утра (до этого на коллектор падает тень от дома). Часам к четырём солнечный коллектор затеняется деревом, которое впоследствии спилили.

После 6 часов вечера лучи падают на гелиоколлектор по касательной, и КПД системы снижается.

В итоге: 120 литров холодной воды, залитой в систему из колодца (температура воды — около 8 °C) при температуре воздуха в 22-24 °C к трем часам дня нагревается до 45 °C. К пяти часам температура воды в баке поднимется до 52 °C.

В облачные дни при температуре воздуха 18-20 °C вода в бочке нагревалась до 35 °C, и это при недостаточном утеплении.

Я специально записывал данные электросчетчика. Если раньше, до использования солнечного коллектора мы на даче «нажигали» света в месяц около 300 кВт, то после установки — по 150 кВт. Если учесть, что у нас 1 кВт стоит 4 рубля, то экономия получается 600 руб. в месяц. При проживании с мая по октябрь, а это практически пять месяцев, экономия составила 3000 рублей.

По расчётам пользователя, гелиоколлектор, с учётом затрат на всю реконструкцию системы летнего душа, окупится за 2 года эксплуатации. Т.к. гелиоколлектор доказал свою эффективность, пользователь планирует сделать небольшой солнечный коллектор (площадью до 1 кв. м) для рукомойника в доме.

Подведя итог, скажу: солнечный коллектор — штука полезная и позволяет экономить на энергоносителях. Работает, нагревая воду весной, летом и ранней осенью. Система энергонезависима. Даже если вырубили электричество, вы не останетесь без горячей воды и душа. Солнечный коллектор не надо растапливать, как дровяную водогрейную колонку. Гелиоколлектор можно спокойно оставить на неделю, ничего не сломается и не выкипит, а приехав на дачу в пятницу, у вас уже нагрето 120-150 литров воды!

Добавим, что друг пользователя, как-то подсчитав, сколько в день незаметно «сжирает» его хорошо утеплённый электрический водонагреватель на 80 литров, задумался о том, как вписать в систему ГВС коттеджа гелиоколлектор и тем самым сэкономить.

Воздушный солнечный коллектор устройство схемы конструкции

Из чего можно сделать гелиосистему самостоятельно

Для начала следует разобраться в том, какой принцип работы использует солнечный водонагреватель. Во внутреннем устройстве блока присутствуют следующие узлы:

• корпус;
• абсорбер;
• теплообменник, внутри которого будет циркулировать теплоноситель;
• отражатели для фокусировки солнечных лучей.

Заводской коллектор для нагрева воды от солнца работает следующим образом:

• Абсорбция тепла — солнечные лучи проходят сквозь стекло, расположенное поверх корпуса, либо через вакуумные трубки. Внутренний абсорбирующий слой, контактирующий с теплообменником окрашен селективной краской. При попадании солнечных лучей на абсорбер выделяется большое количество тепла, которое собирается и используется для нагрева воды.
• Теплопередача — абсорбер расположен в тесном контакте с теплообменником. Аккумулируемое абсорбером и передаваемое теплообменнику тепло нагревает жидкость, движущуюся по трубкам к змеевику внутри бака теплонакопителя. Циркуляция воды в водонагревателе осуществляется принудительным или естественным способом.
• ГВС — используется два принципа подогрева горячей воды:

1. Прямой нагрев — горячая вода после нагрева попросту сбрасывается в теплоизолированную емкость. В моноблочной гелиосистеме в качестве теплоносителя используется обычная бытовая вода.
2. Второй вариант — обеспечение ГВС с пассивным водонагревателем по принципу косвенного нагрева. Теплоноситель (часто антифриз) под давлением направляется в теплообменник гелиоколлектора. После нагрева разогретая жидкость подается в накопительный бак, внутри которого встроен змеевик (играющий роль нагревательного элемента), окруженный водой для системы горячего водоснабжения.
   Теплоноситель разогревает змеевик, посредством чего и передает тепло воде, находящейся в емкости. При открытии крана нагретая вода из теплоаккумулирующей ёмкости поступает к точке водоразбора. Особенность гелиосистемы с косвенным нагревом в способности работать в течение всего года.

Принцип работы, используемый в дорогостоящих заводских гелиосистемах, копируется и повторяется в коллекторах, изготавливаемых своими руками.

Рабочие конструкции солнечных водонагревателей имеют схожее устройство. Только изготавливаются из подручных материалов. Существуют схемы производства коллекторов из:

• поликарбоната;
• вакуумных трубок;
• ПЭТ бутылок;
• пивных банок;
• радиатора холодильника;
• медных трубок;
• ПНД и ПВХ труб.

Судя по схемам, современные «Кулибины» отдают предпочтение самодельным системам с естественной циркуляцией, термосифонного типа. Особенность решения в том, что накопительную емкость располагают в верхней точке ГВС. Вода самотеком циркулирует в системе и подается потребителю.

Как сделать селективное покрытие

Высокоэффективный коллектор имеет высокую степень поглощения солнечной энергии. Лучи попадают на темную поверхность, после чего нагревают ее. Чем меньше излучения отталкивается от абсорбера солнечного коллектора, тем больше тепла остается в гелиосистеме.

Чтобы обеспечить достаточную аккумуляцию тепла требуется создать селективное покрытие. Вариантов производства несколько:

• Самодельное селективное покрытие коллектора — используют любые черные краски, которые после высыхания оставляют матовую поверхность. Есть решения, когда в качестве абсорбера коллектора применяют непрозрачную темную клеенку. На трубы теплообменника, поверхность банок и бутылок наносят черную эмаль, с матовым эффектом.
• Специальные абсорбирующие покрытия — можно пойти другим путем, приобретя для коллектора специальную селективную краску. В состав селективных ЛКМ входят полимерные пластификаторы и присадки, обеспечивающие хорошую адгезию, теплостойкость и высокую степень поглощения солнечных лучей.

Гелиосистемы, используемые исключительно для нагрева воды летом, вполне могут обойтись окрашиванием абсорбера в черный цвет при помощи обычной краски. Самодельные солнечные коллекторы для отопления дома зимой должны иметь качественное селективное покрытие. Экономить на краске нельзя.

Самодельная или заводская гелиосистема — что лучше

Изготовить в домашних условиях солнечный коллектор, способный по техническим характеристикам и показателям сравниться с заводской продукцией нереально. С другой стороны, если требуется просто обеспечить достаточным количество воды для летнего душа, солнечной энергии будет достаточно для работы простейшего самодельного водонагревателя.

Что касается жидкостных коллекторов, работающих зимой — то даже не все заводские гелиосистемы могут работать при низких температурах. Всесезонные системы, это чаще всего устройства с вакуумными тепловыми трубками, с повышенным КПД, способные работать до температуры –50°С.

Заводские гелиоколлекторы часто укомплектовываются поворотным механизмом, автоматически подстраивающим угол наклона и направленность панели по сторонам света, в зависимости от расположения Солнца.

Эффективный солнечный водонагреватель тот, что полностью соответствует поставленным перед ним задачам. Для подогрева воды на 2-3 человек летом, можно обойтись обычным гелиоколлектором, изготовленным своими руками из подручных средств. Для отопления зимой, несмотря на первоначальные затраты, лучше установить заводскую гелиосистему.

Сочетания цветов

Стилисты советуют учесть такие нюансы:

• направление в интерьере;
• сочетание оттенков;
• освещенность.

Гораздо проще выбрать палитру, если стиль для кухни с гостиной ужу подобран. Например, для неоклассики и прованса характерны свои сочетания. В классическом интерьере дизайнеры сочетают пастельную гамму, бледные цвета, которые слегка разбавлены темными оттенками.
Во французских деревенских домиках часто можно увидеть нежно-голубые, розовые, фисташковые цвета. Ар-деко оформители составляют из предметов и отделочных материалов черного и белого, иногда — бежевого и коричневого или серебристого и черного цветов.Главное выбрать оттенок для стен. Белый станет универсальным, он расширит пространство, а позднее можно закрасить их любой краской.
Однако в зоне для приготовления пищи белизна перестает выглядеть свежо.Более практичными будут бежевые или серые оттенки. Этот фон подчеркнет другие цвета. В монохромном интерьере дизайнеры советую клеить обои необычного цвета или с фотопринтом.

Чем отличается воздушный коллектор

Вполне очевидно, что главным отличием коллектора является используемый им в работе теплоноситель – в данном случае обыкновенный атмосферный воздух. В принципе, такое устройство выполняется сегодня в двух вариантах:

• в виде плоской перфорированной или гофрированной панели;
• в виде системы металлических труб, хорошо проводящих тепло.

Воздух здесь подогревается при контакте с металлом, а ребра на поверхности панели при этом лишь увеличивают теплоотдачу. Всю конструкцию желательно установить на южной стене здания, а также качественно теплоизолировать. Характерно то, что циркуляция теплоносителя бывает естественной и принудительной (с использованием вентиляторов).

Воздушные коллекторы могут работать при значительно меньшей температуре, чем жидкостные. К примеру, в обычной гелиосистеме оптимальная температура для работы коллектора – 50°С и выше, в то время как воздушным хватит и 25°С. Это позитивно сказывается на эффективности описываемых нами устройств, ведь чем ниже температура, тем меньшие теплопотери.

Изготовление солнечного водонагревателя с медным абсорбером

Предлагаемый к изготовлению гелиоколлектор в зимний солнечный день разогревает воду до температуры выше 90 °C, а в пасмурную погоду — до 40 °С. Этого хватит, чтобы обеспечить дом горячей водой. Если же вы хотите отапливать солнечной энергией жилище, то потребуется несколько таких установок.

Необходимые материалы и инструмент

Для изготовления водонагревателя понадобятся:

• листовая медь толщиной не менее 0,2 мм размерами 0,98×2 м;
• медная трубка Ø10 мм длиной 20 м;
• медная трубка Ø22 мм длиной 2,5 м;
• резьба 3/4˝ — 2 шт;
• заглушка 3/4˝ — 2 шт;
• припой мягкий SANHA или ПОС-40 — 0,5 кг;
• флюс;
• химреактивы для чернения абсорбера;
• плита OSB толщиной 10 мм;
• уголки мебельные — 32 шт;
• базальтовая вата толщиной 50 мм;
• листовой теплоотражающий утеплитель толщиной 20 мм;
• рейка 20х30 — 10м;
• дверной или оконный уплотнитель — 6 м;
• оконное стекло толщиной 4 мм или стеклопакет 0,98х2,01 м;
• саморезы;
• краска.

Кроме этого, подготовьте такие инструменты:

• электрическая дрель;
• набор свёрл по металлу;
• «коронка» или фреза для работы по дереву Ø20 мм;
• труборез;
• газовая горелка;
• респиратор;
• малярная кисть;
• набор отвёрток или шуруповёрт;
• электрический лобзик.

Для опрессовки контура также понадобится компрессор и манометр, рассчитанный на давление до 10 атмосфер.

Для пайки мягким припоем подойдёт простая газовая горелка

Инструкция по ходу работ

1. При помощи трубореза медную трубку нарезают на куски. Получатся 2 части Ø22 мм длиной 1,25 м и 10 элементов Ø10 мм длиной 2 м.
2. В толстых трубах делают отступ от края 150 мм и выполняют по 10 сверлений Ø10 мм через каждые 100 мм.
3. В полученные отверстия вставляют тонкие трубки так, чтобы они выступали внутрь не более чем на 1–2 мм. В противном случае в радиаторе будут появляться излишние гидравлические сопротивления.

Используя газовую горелку, термофен и припой, все части радиатора соединяют между собой.

Закрыв выходную резьбу заглушкой, на вход собранного коллектора навинчивают штуцер и присоединяют компрессор.

После проверки герметичности радиатор сушат и обезжиривают. Затем приступают к припаиванию медного листа. Паять полотно абсорбера к трубкам следует сплошным швом по всей длине каждого элемента медного контура.

Поскольку абсорбер гелиоколлектора изготавливается из меди, то вместо покраски можно использовать химическое чернение. Это позволит получить на поверхности настоящее селективное покрытие, наподобие того, что получают в заводских условиях. Для этого в ёмкость для проверки герметичности наливают нагретый химический раствор и укладывают абсорбер лицевой стороной вниз. Во время реакции поддерживают температуру реактивов любым доступным способом (например, постоянной прокачкой раствора через ёмкость с кипятильником).

В боковых стенках делают отверстия Ø20 мм для входного и выходного патрубков, а в нижней части коллектора выполняют 3–4 сверления Ø8 мм для микровентиляции.

Устанавливают внутренние перегородки.

Днище и бока корпуса утепляют минеральной ватой и укрывают рулонным теплоотражающим материалом.

Абсорбер укладывают на подготовленное пространство. Для этого демонтируют одну из боковых панелей, которую затем ставят на место.

По периметру проклеивают уплотнительную резинку.

Прижимают конструкцию алюминиевым уголком, в котором предварительно сверлят отверстия для саморезов. На этом этапе сборку коллектора считают завершённой.

Чтобы предотвратить попадание влаги и утечку тепла, на всех этапах стыки и места сопряжений деталей обрабатывают силиконовым герметиком. Для защиты конструкции от осадков древесину покрывают специальным составом и окрашивают эмалью.

Принцип работы солнечного коллектора

Он очень прост. Панели аккумулируют солнечное тепло и передают их теплоносителю. Он циркулирует через змеевик в накопительном резервуаре и отдает тепло воде, которую можно использовать для любых нужд. Весь процесс контролируется контроллером, который запускает насосную группу если теплообменник набрал необходимую температуру.

Как устроен солнечный коллектор в целом. Все система состоит из следующих элементов:

• сами панели в необходимом количестве согласно расчетов,
• контроллер управления (включая датчики),
• насосная группа,
• накопительная емкость (как правило это бак на 300-3000 литров),
• монтажные элементы, трубы и фитинги.

Убрать какой либо элемент из этой схемы нельзя, она не будет работать. Исключение только коллекторы с проточными нагревателями. О них немного позже.

Производительность, на что можно рассчитывать

Прежде чем устанавливать такое оборудование стоит учесть такой фактор как окупаемость. Ведь плох тот предприниматель, который не получает прибыль со своих инвестиций. Окупаемость коллектора зависит напрямую от его производительности.

Все компании, которые занимаются изготовлением этих систем, дают примерно одинаковые цифры:

• Эффективность для нагрева воды (гвс) – 50-90%.
• Эффективность для отопления дома – до 30%.

Другими словами, эта система может полностью обеспечить дом горячей водой. Отопление дома может покрыть и больше заявленного процента, все зависит от самой системы и количества панелей, а также правильности их установки.

6 Контрольная проверка

Впоследствии монтажа всех составляющих и утепления части систем необходимо подключить вентиляторы и терморегуляторы. Постепенно коллектор заполнится воздухом и нагреется. Обязательно стоит проверить работу клапанов, которые будут препятствовать циркуляции воздуха в нерабочее время.

Увеличение температуры случается в том числе и в облачную погоду. Подогретый теплоноситель начинает подниматься в верхнюю часть накопителя. Циркуляция воздуха осуществляется до того момента, пока жар теплоносителя, поступающего в радиатор, не будет равен температурному режиму у выхода из аппарата.

Период окупаемости гелиосистемы

Понять, как быстро окупаются дорогостоящие солнечные коллекторы, поможет несложный расчет. Например, это будет плоское устройство площадью 2 «квадрата» суточной производительностью 6,4 кВт·ч тепла.

Когда главным источником тепловой энергии является электрокотел, то выработанный им киловатт-час обойдется в 5 рублей (согласно ценам 2017 года), а это означает, что ежесуточно экономия на электропитании при эксплуатации плоского устройства составит 6,4х5=32 рубля, а срок окупаемости при цене устройства 20 тысяч – 625 дней (20000:32=625).

Когда основной источник тепла – газовый агрегат, киловатт-час энергии будет стоить 0,7 рубля, а суточная экономия — 6,4х0,7 = 4,48 рубля. Период окупаемости увеличится до 4464 дней или 12 лет. Если учесть, что средний срок эксплуатации коллектора составляет не больше 15 лет, то можно сделать вывод, что в данном случае гелиосистема не окупится никогда.

Принцип работы и конструкционные особенности

Современные гелиосистемы – один из видов альтернативных источников получения тепла. Они применяются в качестве вспомогательного отопительного оборудования, перерабатывающего солнечное излучение в полезную владельцам дома энергию.

Они способны полностью обеспечить горячее водоснабжение и отопление в холодное время года только в южных регионах. И то, если занимают достаточно большую площадь и установлены на открытых, не затененных деревьями площадках.

Несмотря на большое количество разновидностей, принцип работы у них одинаковый. Любая гелиосистема представляет собой контур с последовательным расположением приборов, и поставляющих тепловую энергию, и передающих ее потребителю.

Основными рабочими элементами являются солнечные батареи на фотоэлементах или солнечные коллекторы. Технология сборки солнечного генератора на фотопластинах несколько сложнее, чем трубчатого коллектора.

В этой статье мы рассмотрим второй вариант – коллекторную гелиосистему.

Солнечные коллекторы пока служат вспомогательными поставщиками энергии. Полностью переключать отопление дома на гелиосистему опасно из-за невозможности прогнозировать четкое количество солнечных дней

Коллекторы представляют собой систему трубок, соединенных последовательно с выходной и входной магистралью или выложенных в виде змеевика. По трубкам циркулирует техническая вода, воздушный поток или смесь воды с какой-либо незамерзающей жидкостью.

Циркуляцию стимулируют физические явления: испарение, изменение давления и плотности от перехода из одного агрегатного состояния в другое и др.

Принцип действия солнечных коллекторов основан на получении и накапливании солнечной энергии, сообщаемой теплоносителю (+)

Сбор и аккумуляция солнечной энергии производится абсорберами. Это либо сплошная металлическая пластина с зачерненной наружной поверхностью, либо система отдельных пластин, присоединенных к трубкам.

Для изготовления верхней части корпуса, крышки, используются материалы с высокой способностью к пропусканию светового потока. Это может быть оргстекло, подобные полимерные материалы, закаленные виды традиционного стекла.

Для того чтобы исключить потери энергии с тыльной стороны прибора в короб укладывается теплоизоляция

Надо сказать, что полимерные материалы довольно плохо переносят влияние ультрафиолетовых лучей. Все виды пластика имеют достаточно высокий коэффициент теплового расширения, что часто приводит к разгерметизации корпуса. Поэтому использование подобных материалов для изготовления корпуса коллектора стоит ограничить.

Вода в качестве теплоносителя может применяться только в системах, предназначенных для поставки дополнительного тепла в осенне/весенний период. Если планируется круглогодичное использование гелиосистемы перед первым похолоданием техническую воду меняют на смесь ее с антифризом.

В воздушных гелиосистемах в качестве теплоносителя используется воздух. Каналы для его движения можно сделать из обычного профлиста (+)

Если солнечный коллектор устанавливается для обогрева небольшого строения, не имеющего связи с автономным отоплением коттеджа или с централизованными сетями, сооружается простейшая одноконтурная система с нагревательным прибором в начале ее.

В цепочку не включают циркуляционные насосы и нагревательные устройства. Схема предельно проста, но работать она может лишь солнечным летом.

При включении коллектора в двухконтурное техническое сооружение все гораздо сложнее, но и диапазон пригодных для применения дней существенно увеличен. Коллектор обрабатывает только один контур. Преобладающая нагрузка возлагается на основной отопительный агрегат, работающий на электроэнергии или любом виде топлива.

Для изготовления солнечного коллектора можно воспользоваться готовой схемой, можно построить собственную пилотную модель и опробовать ее на практике (+)

Несмотря на прямую зависимость производительности солнечных приборов от количества солнечных дней, они востребованы, и спрос на солнечные устройства стабильно повышается. Популярны они среди народных умельцев, стремящихся направить все виды природной энергии в полезное русло.

Как устроен воздушный коллектор

Принцип работы основан на простых физических законах. Солнечные лучи проникая в атмосферу земли практически не отдают тепла. Нагрев воздуха происходит после того как ультрафиолет попадает на твердые поверхности. Под действием солнечных лучей грунт и другие предметы нагреваются. Происходит теплообмен.

Устройство воздушных солнечных коллекторов использует описанное явление, аккумулируя тепло и направляя его в помещение. В конструкции присутствуют следующие детали:

• корпус с теплоизоляцией;
• нижний экран, абсорбер;
• радиатор с аккумулирующими ребрами;
• верхняя часть из обычного стекла или поликарбоната.

В конструкцию коллектора входят вентиляторы. Основное предназначение: нагнетание нагретого воздуха в жилые помещения. В процессе работы вентиляторов создается принудительная конвекция, за счет которой холодные воздушные массы поступают в блок коллектора.

Это интересно: Система инфракрасного отопления плэн: устройство и правила монтажа

Какие существуют

В зависимости от температуры, которую могут достигать пластины, коллекторы бывают:

• низких температур — не дают энергии большой мощности, они нагревают воду не более 50 градусов по Цельсию;
• средних температур — прогревают воду уже до 80 градусов, поэтому их можно использовать для обогрева помещений;
• высоких температур — используются в основном на промышленных предприятиях, и в домашних условиях их сделать невозможно.

Интегрированные коллекторы делятся на:

• накопительные интегрированные;
• плоские;
• жидкостные;
• воздушные.

Накопительный интегрированный или по-другому термосифонный коллектор. Он может не только нагревать воду, но и какое-то время поддерживать некоторое время нужную температуру. В нем нет насосов, поэтому он гораздо экономичнее остальных вариантов. Устройство-накопитель представляет собой конструкцию из одного или нескольких баков, заполненный водой и помещённых в теплоизоляционный ящик. Сверху на баках лежит стеклянная крышка, которая проходит через стекло и нагревает воду. Это недорогой, лёгкий в обслуживании и простой в эксплуатации вариант. Однако зимой его применение весьма затруднительно.

Плоский коллектор внешне напоминает обычный плоский металлический ящик, внутри которого помещена чёрная пластина, поглощающая солнечный свет. Стеклянная крышка ящика усиливает его, стекло имеет низкое содержание железа, такие образом способствуя поглощению всех лучей. Сам ящик термоизолирован, а чёрная пластина тепловоспринимающая, благодаря чему и выделяется тепло. Однако КПД пластины всего 10%, поэтому она дополнительно покрывается слоем аморфного полупроводника. Плоские коллекторы используются для подогрева воды в бассейнах, отопления помещений и иных бутовых нужд.

В жидкостных накопителях основным теплоносителем становится жидкость.Они бывают остеклёнными и неостеклёнными, с замкнутой и разомкнутой системой теплообмена.

Воздушные коллекторы гораздо дешевле своих водных собратьев. Они не замерзают зимой, не подтекают. Их используют для сушки сельскохозяйственных продуктов.

Существует еще один вид — концентраторы, они отличаются концентрацией солнечных лучей. Это происходит благодаря зеркальной поверхности, которая направляет свет на поглотители. Главный их недостаток — это невозможность работы в пасмурные дни, поэтому их используют в странах с жарким климатом.

Солнечные печи и дистилляторы. Дистилляторы работают на принципе испарения воды, тем самым не только дают теплоэнергию, но и очищают воду. Печи также используют как для обогрева, так и для стерилизации воды.

Принцип работы и виды солнечных коллекторов

Настала пора сказать несколько слов об устройстве и принципе работы солнечного коллектора. Основным элементом его конструкции является адсорбер, представляющий собой медную пластину с приваренной к ней трубой. Поглощая тепло падающих на нее солнечных лучей, пластина (а вместе с ней и труба) быстро нагревается. Это тепло передается циркулирующему по трубе жидкому теплоносителю, а тот в свою очередь транспортирует его далее по системе.

Способность физического тела поглощать или отражать солнечные лучи зависит, прежде всего, от характера его поверхности. Например, зеркальная поверхность отлично отражает свет и тепло, а вот черная, напротив, поглощает. Именно поэтому на медную пластину адсорбера наносится черное покрытие (простейший вариант – черная краска).

Принцип работы солнечного коллектора

1. Солнечный коллектор.2. Буферный бак.3. Горячая вода.

4. Холодная вода.5. Котроллер.6. Теплообменник.

7. Помпа.8. Горячий поток.9. Холодный поток.

Увеличить количество получаемого от солнца тепла можно и путем правильного подбора стекла, прикрывающего адсорбер. Обычное стекло недостаточно прозрачно. Кроме того, оно бликует, отражая часть падающего на него солнечного света. В гелиоколлекторах, как правило, стараются использовать специальное стекло с пониженным содержанием железа, что повышает его прозрачность. Для снижения доли отраженного поверхностью света на стекло наносят антибликовое покрытие. А чтобы внутрь коллектора не попадали пыль и влага, которые тоже снижают пропускную способность стекла, корпус делают герметичным, а иногда даже заполняют инертным газом.

Несмотря на все эти ухищрения, КПД солнечных коллекторов все же далек от 100%, что связано с несовершенством их конструкции. Часть полученного тепла нагретая пластина адсорбера излучает в окружающую среду, нагревая контактирующий с ней воздух. Чтобы свести к минимуму теплопотери, адсорбер необходимо изолировать. Поиск эффективного способа теплоизоляции адсорбера привел инженеров к созданию нескольких разновидностей солнечных коллекторов, самыми распространенными из которых являются плоские и трубчатые вакуумные.

Плоские солнечные коллекторы

Плоские солнечные коллекторы.

Конструкция плоского солнечного коллектора предельно проста: это металлический короб, покрытый сверху стеклом. Для теплоизоляции дна и стенок корпуса, как правило, используется минеральная вата. Вариант этот далеко не идеален, поскольку не исключен перенос тепла от адсорбера к стеклу посредством воздуха, находящегося внутри короба. При большой разнице температур внутри коллектора и снаружи потери тепла бывают довольно существенными. В результате плоский гелиоколлектор, прекрасно функционирующий весной и летом, зимой становится крайне неэффективным.

Устройство плоского солнечного коллектора

1. Впускной патрубок.2. Защитное стекло.

3. Абсорбционный слой.4. Алюминиевая рама.

5. Медные трубки.6. Теплоизолятор.7. Выпускной патрубок.

Трубчатые вакуумные солнечные коллекторы

Трубчатые вакуумные солнечные коллекторы.

Вакуумный солнечный коллектор представляет собой панель, состоящую из большого количества сравнительно тонких стеклянных трубок. Внутри каждой из них расположен адсорбер. Чтобы исключить перенос тепла газом (воздухом), трубки вакуумированы. Именно благодаря отсутствию газа вблизи адсорберов, вакуумные коллекторы отличаются низкими теплопотерями даже в морозную погоду.

Устройство вакуумного коллектора

1. Теплоизоляция.2. Корпус теплообменника.3. Теплообменник (коллектор)

4. Герметичная пробка.5. Вакуумная трубка.6. Конденсатор.

7. Поглощающая пластина.8. Тепловая трубка с рабочей жидкостью.

Обзор моделей

«Дачник»

Эта модель стоит около 18500 руб. Этот коллектор способен нагревать воду до 95 градусов и прекрасно подходит для дачных домиков. Имеет гарантию от производителя 12 месяцев. Этого времени достаточно, чтобы убедиться в его надежности.

Данная модель обладает следующими техническими характеристиками:

1. Бак объёмом 100 литров изготовлен из высококачественной нержавеющей стали.
2. Вакуумная трубка имеет длину 150 см.
3. Диаметр трубки (внешний) 4,8 см.
4. Максимально возможное давление в трубке 0,6 Мп.
5. Конструкция устойчива к граду до 0,5 см.
6. Трубки изготавливаются из боросиликатного стекла, обладающего поглощающим эффектом.
7. Общий вес коллектора составляет 45 кг.

• набор пыльников (уплотнительных) – 1 шт.;
• трубки вакуумные – 16 штук;
• станина и комплект болтов – 1 шт.;
• расширительный бак – 1 шт.;
• бак-термос на 100 л. – 1 шт.;

CP-II-20-175 от «АНДИ Групп»

В комплект входят:

• бак водяной объемом 175 л., внутренний контур выполнен из нержавеющей стали, а наружный из гальванизированной окрашенной стали;
• трубки вакуумные – 20 шт.;
• TNC-2 (контроллер).;

Теплоизоляция бака выполнена из полиуретана (50 мм.). Диаметр внутренний 36 см., внешний 46 см., рама из стали толщиной 1,5 мм., имеющая гальваническое покрытие. Чистый вес установки 86 кг.

Подключение коллекторов к системе отопления

От того, какой тип циркуляции используется в той или иной системе, зависит то, как будет производиться подключение к отопительной системе. Подключение к системе с естественной циркуляцией — один из самых простых способов. Здесь главным принципом становится только нагрев воды в системе отопления.

С использованием автоматики можно подключить солнечный коллектор к системе с принудительной циркуляцией. Эти системы обладают своими особенностями:

1. Контроллер управляет насосом на основе показаний специальных датчиков.
2. Когда по этим датчикам температура достигает заданного значения, обогрев прекращается
3. Бак-накопитель, обратка и выход коллектора — места, где обязательно устанавливаются такие датчики
4. Вместе с такой системой лучше использовать дополнительные источники тепла. Например, твердотопливные или газовые котлы.

На степень нагрева воды в системе в таких случаях влияет местоположение коллектора по отношению к солнцу, а так же уровень его наклона. Лучше с самого начала устанавливать коллекторы так, чтобы под прямыми солнечными лучами они находились большую часть дня. Объём бака в морозный период лучше выбирать около 40 см³, если не планируется подключать дополнительные источники тепла. Иначе в пасмурные дни система будет работать не совсем эффективно.

Довольно сложно рассчитать количество квадратных метров, которые необходимы для той или иной системы коллекторов. Здесь важны не только наклон крыши и сторона, значение приобретают уровень солнечной радиации в данном регионе, объём накопителя. Потому все расчёты лучше доверить квалифицированным специалистам.

Сейчас производством солнечных коллекторов занимаются разные производители

Выбирая ту или иную марку, надо обязательно обратить внимание на её производительность. В перерасчёте на м2 у каждой торговой марки она может быть своя

И в некоторых случаях разница становится действительно заметной.