≡× МЕНЮ

• Постройки
• Отделка
• Кладка
• Раствор
• Расчет

Как нагреть воду от солнца. Самодельные солнечные водонагреватели

Энергоресурсы. Бесплатная солнечная энергия сможет как минимум 6-7 месяцев в году обеспечивать теплую воду для хозяйственных нужд. А в остальные месяцы – еще и помогать системе отопления.

Но самое главное, что простой солнечный коллектор (в отличии, например, от ) можно изготовить самостоятельно. Для этого вам понадобятся материалы и инструменты, которые можно купить в большинстве строительных магазинов. В некоторых случаях будет достаточно даже того, что найдется в обычном гараже.

Представленная ниже технология сборки солнечного нагревателя использовалась в проекте "Включи солнце - живи комфортно" . Она была разработана специально для проекта немецкой компанией Solar Partner Sued , которая профессионально занимается продажей, монтажом и сервисом солнечных коллекторов и фотоэлектрических систем.

Главная идея – все должно получиться дешево и сердито. Для изготовления коллектора используются довольно простые и распространенные материалы, но его эффективность получается вполне приемлемого уровня. Она ниже, чем у фабричных моделей, но разница в цене полностью компенсирует этот недостаток.

Солнечные лучи проходят через стекло и нагревают коллектор, а остекление предотвращает утечку тепла. Стекло также препятствует движению воздуха в абсорбере без него коллектор быстро терял бы тепло из-за ветра, дождя, снега или низких внешних температур.

Раму следует обработать антисептиком и краской для наружных работ.

В корпусе делаются сквозные отверстия для подачи холодной и отвода нагретой жидкости из коллектора.

Сам абсорбер красят жаростойким покрытием. Обычные черные краски при высоких температурах начинают шелушиться или испаряться, что приводит к потемнению стекла. Краска должна полностью высохнуть, прежде чем вы закрепите стеклянное покрытие (для предотвращения конденсации).

Под абсорбером закладывается утеплитель. Чаще всего используется минеральная вата. Главное, чтобы он выдерживал довольно высокие температуры в течение лета (иногда более 200 градусов).

Снизу раму закрывают ОСБ плитой, фанерой, досками и т.п. Основное требование к этому этапу - убедиться, что низ коллектора надежно защищен от попадания влаги внутрь.

Для закрепления стекла в раме делают пазы, или крепят планки по внутренней стороне рамы. При расчете размеров рамы следует учитывать, что при изменении погоды (температуры, влажности) в течение года ее конфигурация будет немного меняться. Поэтому на каждой стороне рамы оставляют несколько миллиметров запаса.

На паз или планку крепится резиновый оконный уплотнитель (D- или Е-образный). На него кладется стекло, на которое таким же образом наносится уплотнитель. Сверху это все закрепляется оцинкованной жестью. Таким образом, стекло надежно закреплено в раме, уплотнитель защищает абсорбер от холода и влаги, а именно стекло не повредится, когда деревянная рама будет "дышать".

Стыки между листами стекла изолируются уплотнителем или силиконом.

Чтобы организовать солнечное отопление дома понадобиться накопительный бак. Здесь хранится нагретая коллектором вода, поэтому стоит позаботиться о его термоизоляции.

В качестве бака можно использовать:

• неработающие электрические бойлеры
• различные баллоны для газов
• бочки для пищевого использования

Главное - помнить, что в герметичном баке будет создаваться давление в зависимости от давления водопроводной системы, к которой он будет подключен. Не каждая емкость способна выдерживать давление в несколько атмосфер.

В баке делают отверстия для входа и выхода теплообменника, ввода холодной воды, и забора нагретой.

В баке размещается спиральный теплообменник. Для него используют медь, нержавеющую сталь или пластик. Нагретая через теплообменник вода будет подниматься вверх, поэтому его следует поместить в нижней части бака.

Коллектор соединяется с баком с помощью труб (например, металлопластиковых или пластиковых), проведенных от коллектора к баку через теплообменник и обратно в коллектор. Здесь очень важно предотвратить утечку тепла: путь от бака до потребителя должен быть максимально коротким, и трубы должны быть очень хорошо изолированными.

Расширительный бачок - это очень важный элемент системы. Он представляет собой открытый резервуар, расположенный в крайней верхней точке контура циркуляции жидкости. Для расширительного бачка можно использовать как металлическую, так и пластиковую емкость. С ее помощью контролируется давление в коллекторе (из-за того, что жидкость от нагрева расширяется, могут треснуть трубы). Для снижения потерь тепла бачок также необходимо изолировать. Если в системе присутствует воздух, то он также может выходить через бачок. Через расширительный бачок происходит также наполнения коллектора жидкостью.

Концепция энергетически эффективного дома предполагает создание, внедрение и эксплуатацию возобновляемых источников энергии. Все большее распространение стали получать собранные солнечный коллектор своими руками, которые не так давно встречались крайне редко.

Постоянное совершенствование гелиосистем, существенное падение цен на них привило к еще большему появлению их в обыденной жизни. Стоимость заводских моделей сегодня соизмерима с затратами, необходимыми на обустройство классической системы отопления. Однако такую технологию может сделать каждый самостоятельно.

Принцип работы солнечного коллектора

Если кратко описать принцип работы коллектора – он необходим для захвата солнечной тепловой энергии. В дальнейшем она концентрируется и используется человеком.

Коллекторная система состоит из следующих составляющих:

• Тепловой аккумулятор (обычная емкость под жидкость)
• Теплообменный контур
• Непосредственно коллектор

Жидкий или газообразный теплоноситель циркулирует по коллектору. Полученная энергия нагревает его и, посредством смонтированного бака-аккумулятора, передает тепло воде.

Нагретая жидкость хранится в баке до того, покуда она не будет использована. Сфера ее применения очень широка – от обычных хозяйственных нужд до отопления дома. Чтобы вода быстро не остывала, необходимо качественно тепло изолировать емкость.

Циркуляцию воды в коллекторе делают одним из двух способов: или принудительным способом. В баке-аккумуляторе может монтироваться дополнительный элемент, нагревающий жидкость, который будет включаться при достижении низких температур окружающей среды и поддерживать температуру воды, например, зимой, когда солнцестояние непродолжительное.

Вводное видео об устройстве водонагревателя

Виды солнечных коллекторов

Планируя солнечный коллектор своими руками и установить в доме, необходимо определиться с типом конструкции:

Модели, у которых теплоносителем является воздух, используются крайне редко. Это связано со свойствами жидкости — тепло она проводит значительно лучше, чем газ. Воздушные коллекторы чаще делают плоской формы, чтобы воздух, контактируя с поглощающим устройством, естественным образом нагревался.

схема воздушного солнечного коллектора

Вакуумные солнечные коллекторы

Вакуумные модели самые сложные. Вместо коробки, которая покрывается стеклом, у него используются большие по габаритам трубки из стекла. Внутри них имеются трубочки с меньшим диаметром, в которых находится абсорбер, собирающий тепловую энергию. Между трубками – вакуум, он выполняет роль теплоизолятора.

Плоские солнечные коллекторы

Самым распространенным является плоский солнечный коллектор, внутри которого располагается специальный абсорбирующий слой, помещенный в стеклянную коробку. Он соединяется с трубками, по которым перемещается жидкий теплоноситель (чаще пропилен-гликоль).

схема плоского солнечного коллектора

Но решаясь смастерить солнечный коллектор своими руками, необходимо понимать, что сделать столь сложные устройства невозможно, аналогичные промышленным. К тому же, их КПД будет значительно ниже, меньше эксплуатационный срок, но и материальные вложения тоже.

Чертежи конструкций

Приступаем к работе

Прежде чем сооружать солнечный коллектор, необходимо произвести соответствующие расчеты и определить, как много энергии он должен производить. Но от самодельной установки ждать высокого КПД не стоит. Сориентировавшись, что его будет достаточно – можно приступать.

Работу можно поделить на несколько основных этапов:

1. Изготовить короб
2. Изготовить радиатор или теплообменник
3. Изготовить аванкамеру и накопитель
4. Собрать коллектор

Чтобы изготовить коробку под солнечный коллектор своими руками, следует заготовить обрезную доску толщиной 25-35 мм и в ширину 100-130 мм . Дно ее следует сделать текстолитовым, оснастив его ребрами. Оно также должно быть хорошо теплоизолированное при помощи пенопласта (но предпочтение отдают минеральной вате), накрытого оцинкованным листом.

Подготовив короб, настает пора мастерить теплообменник. Следует придерживаться инструкции:

1. Необходимо подготовить 15 тонкостенных металлических трубок длиной 160 см и две дюймовые трубы длиной 70 см
2. В обоих утолщенных трубках сверлятся отверстия диаметра меньших трубок, в которые они будут устанавливаться. При этом нужно следить за тем, чтоб они были по одной стороне соосны, максимальный шаг между ними 4.5 см
3. Следующий этап – все трубки нужно собрать в единую конструкцию и надежно сварить
4. Теплообменник монтируется на лист оцинковки (ранее прикрепленный к коробу) и фиксируется при помощи стальных хомутов (можно сделать металлические зажимы)
5. Днище короба рекомендуют покрасить в темный цвет (например, черный) – он будет лучше поглощать солнечное тепло, но чтобы снизить тепловые потери, внешние элементы красятся белым
6. Завершить монтаж коллектора необходимо установкой покровного стекла около стенок, при этом не забыв о надежной герметизации стыков
7. Между трубками и стеклом оставляется расстояние, равное 10-12 мм

Остается соорудить накопитель под солнечный коллектор. Его роль может исполнять герметичная емкость, объем которой варьируется около 150-400 л . Если найти одну такую бочку не удается, можно сварить между собой несколько небольших.

Как и коллектор, накопительный бак основательно изолируют от потерь тепла. Остается изготовить аванкамеру – небольшой сосуд объемом 35-40 л. Он должен оснащаться падающим воду устройством (шарнирным краном).

Остается самый ответственный и важный этап – собрать коллектор воедино. Сделать это можно таким образом:

1. Вначале необходимо установить аванкамеру и накопитель. Необходимо следить, чтоб уровень жидкости в последнем был на 0.8 м ниже, чем в аванкамере. Так как воды в таких устройствах может собираться немало, необходимо продумать, каким образом они будут надежно перекрываться
2. Коллектор размещается на крыше дома. Исходя из практики, рекомендуется делать это на южной стороне, наклонив установку под углом 35-40 градусов к горизонту
3. Но нужно учитывать, что между накопителем и теплообменником расстояние не должно превышать 0.5-0.7 м, иначе потери будут слишком существенны
4. В конце должна получиться следующая последовательность: аванкамера обязана располагаться выше накопителя, последний – выше коллектора

Наступает самый ответственный этап – необходимо соединить все составляющие воедино и подключить к готовой системе водопроводную сеть. Для этого потребуется посетить магазин сантехники и приобрести необходимые фитинги, переходники, сгоны и прочую запорную арматуру. Высоконапорные участки рекомендуют соединять трубой диаметром 0.5 дюйма, низконапорные – 1 дюйм.

Введение в эксплуатацию выполняется следующим образом:

1. Установка заполняется водой посредством нижнего дренажного отверстия
2. Подсоединяется аванкамера и регулируются уровни жидкости
3. Необходимо пройтись вдоль системы и проверить, чтобы не было утечек
4. Все готово к повседневной эксплуатации

Солнечный коллектор из змеевика холодильника

Солнечный коллектор своими руками можно смастерить из обычного змеевика, снятого со старого холодильника. Для работы потребуется подготовить:

1. Непосредственно змеевик
2. Рейки и фольга для каркаса
3. Бочка или бак для воды
4. Резиновый коврик
5. Запорная арматура (вентили, труб и т. д.)
6. Стекло

Промыв змеевик от фреона, необходимо сбить вокруг реечный каркас. Его точные размеры будут зависеть от размера рабочего узла, который был демонтирован с холодильника. Коврик необходимо подогнать под рейки, среди которых змеевик должен свободно располагаться.

На резиновый коврик (дно каркаса) укладывается фольгирующий слой. Затем змеевик фиксируют при помощи винтовых хомутов. В стенках проделываются отверстия, через которые будут проходить трубы. Повысить продуктивность можно за счет герметизации стыков герметикам.

Дно также укрепляется рейками. Сверху монтируется стекло и фиксируют при помощи скотча. Чтобы не волноваться, можно вырезать несколько алюминиевых пластинок и сделать из них прижимы.

Видео о техническом устройстве и испытании солнечного коллектора:

В заключении

Такое сооружение, как солнечный коллектор своими руками, может существенно повысить уровень комфорта в загородном доме или на даче. Пусть незначительно, но оно снижает траты на потребляемую энергию, вырабатываемую классическими источниками энергии.

Если вам удавалось побывать в южных странах, то, наверняка, вы часто замечали стоящие на крышах домов конструкции. Гиды объясняли, что это солнечные батареи для нагрева воды и отопления жилища. Как и за рубежом, так и у нас прогрессивное население ратует за альтернативные источники энергии . Водонагреватель, работающий от солнечной энергии – одно из таких удачных изобретений, которое способен полноценно функционировать даже зимой.

Солнце – это очень мощный и, что главное, бесконечный источник энергии тепла. За его использование денег никто не берет, а потому стоит задуматься, как пустить такое преимущество себе во благо. Заводские налоги водонагревателей солнечного бойлера могут обойтись в немалую сумму. Если разобраться в принципе работы такого устройства, то можно сделать нечто подобное своими руками. Хотя на деле существует несколько примеров подобного прибора.

Заводской вариант

Прежде, чем понять, как сделать солнечный водонагреватель своими руками, надо иметь представление о принципе функционирования подобного агрегата. Можно разобрать конструкцию по аналогу солнечного заводского водонагревателя.

1. По внешнему виду агрегат напоминает батарею, которая собрана из отдельных составляющих. Элементы в ней представлены трубками, сделанными из стекла кварца наподобие всем известных ламп. Именно этот материал способен пропустить ультрафиолетовые волны (чего не может обычное стекло). Эта способность позволяет преобразовывать солнечную энергию даже в несолнечное время года.
2. Внутри каждой из таких трубок спрятана другая – черного цвета с веществом (рабочим телом ), которое будет испаряться при определенных температурных условиях.
3. Внутри трубок абсолютный вакуум – это позволяет избежать теплопотерь.
4. Концы каждого из таких деталей погружены в специальный коллектор , через который течет нагреваемая вода.

Как действует устройство

Функционирование всей этой задумки происходит по следующему алгоритму:

1. Солнечные лучи превращают рабочее тело в паровую субстанцию , которая поднимается в верхнюю часть колбы.
2. Поток воды будет нагреваться через стенку той тепловой энергией, которую отдаст ему рабочее тело.
3. Исполнив свою миссию, пар снова становится жидкостью и стекает вниз, где все благополучно повторяется.
4. Солнечный накопительный стандартный водонагреватель присоединен к змеевику, а тот ведет к бойлеру всей домашней отопительной системы.

Другие варианты передачи тепла

Понятно, что в вышеописанном случае никакой самодеятельности не проявишь. Однако есть и другой вариант безнапорного бойлера, работающего от солнца. Здесь передача тепла идет напрямую : медный змеевик помещается в прямоугольный корпус. Далее он подключается к баку-накопителю. Вода будет здесь циркулировать естественным способом и сразу нагреваться от лучей солнца, повышая теплоту и общего содержимого всей накопительной емкости. Труба змеевика прессуется в металлическую пластину, которая темного цвета. Она имеет дополнительную защиту от осадков при помощи прочного стекла.

Есть здесь и недостатки – такая конструкция будет хорошо работать только в безоблачную солнечную погоду.

Наконец, можно просто подключить солнечные батареи к обычному водонагревателю. Подобная конструкция оказывается очень дорогой в исполнении, но может работать круглый год.

Самодельные солнечные водонагреватели

Стремление к экологичному подходу в отоплении дома похвально – тем более что сделать подобную систему можно и своими руками. Рассмотрим интересные варианты практического воплощения подобных конструкций, и насколько эффективны самодельные солнечные водонагреватели.

Простой солнечный водонагреватель

Простым решением будет установка на крыше дома одного (максимум двух) черных баков. К ним подсоединяется водопроводная домовая магистраль – значит, при хорошем солнце теплая вода будет потечет сразу в душевую комнату (летом в жару нагрев произойдет быстро).

Еще один простой солнечный бойлер делают из мелкого, наполненного водой корыта, которое закрывается прозрачной крышкой. Сюда же в схему входят следующие водопроводные составляющие:

• труба, по которой подходит прохладная вода;
• труба для перелива;
• деталь вентиля;
• выпуск нагретой воды.

В обоих случаях есть существенные недочеты:

1. Неэффективность простого бака при облаках.
2. Корыто-нагреватель следует наполнять каждое утро, накрывая его. Когда солнце скрыто за облаками, следует оценить степень нагретой воды и слить её для дальнейшего использования.
3. Плоское устройство наподобие корыта плохо тем, что его нужно держать горизонтально . Мы живем не в тропиках, а, значит, зимой солнце поднимается над горизонтом высоко, КПД этого устройства снизится.

Гораздо эффективнее предусмотреть дополнительную установку коллектора, пусть опять же самодельного. Определив размеры теплоприемника, следует изготовить корпус, куда помещается змеевик. Актуален вопрос теплоизоляции – именно поэтому корпус для змеевика лучше сделать деревянным. Второй момент - утепление задней стенки (лучше всего пенопластом).

Как собрать приемник тепла

Простейший солнечный водонагреватель можно сделать своими руками по схеме из таких составляющих:

• аккумулирующий бак;
• подпиточная емкость;
• коллектор.

Специалисты советуют не устанавливать отдельный насос – вода должна циркулировать естественным путем . Но чтобы этого добиться, бак следует устанавливать выше теплоприемника, а подпиточную емкость – выше аккумулирующей. Еще одна дельная рекомендация - утепление резервуара с подогретой водой. Здесь подойдет любой материал в рулонах.

Для функционирования в самостоятельном режиме (когда не приходится доливать и регулировать), лучше всего установить поплавковый клапан во втором баке. Этот элемент будет реагировать на снижающийся уровень воды. К его патрубку надо подвести водопроводную трубу. Что это даст? Когда в основном баке расходуется содержимое, в его нижнюю зону будет подаваться холодная вода.

Однако нельзя забывать про установку еще одного патрубка – вертикального: он будет выпускать воздух. Следовательно, и эту деталь следует поднять на большую высоту.

Как выбрать правильный материал

Есть разные варианты исходников, из которых можно сделать теплообменник. Среди них:

• трубки из меди;
• черные полимерные трубы;
• секции плоских стальных радиаторов;
• трубы из алюминия;
• черный шланг из резины;
• теплообменник, оставшийся от старого холодильника.

Какой должна у такого змеевика сама теплообменная поверхность? В случае со стальными радиаторами следует исходить из их размера, однако чтобы не утяжелять корпус, не устанавливается больше двух панелей. При других материалах все придется рассчитывать на месте.

Корпус можно сделать из фанеры и деревянных досок . На лицевой стороне стоит применить прочный и прозрачный поликарбонат, что будет выглядеть не хуже стеклянного. Сам же накопительный бак изготавливается из листового материала . А еще лучше будет приобрести готовую емкость. В качестве соединительных труб рекомендуется использовать полимерные (хорошо подойдут из металлопластика).

Особенности самодельных солнечных водонагревателей

Преимущества сделанного своими руками бойлера очевидны:

• работа при полной нагрузке максимально возможный период;
• окупаемость первоначальных вложений на материалы;
• экономия топлива;
• изделие сразу готово к эксплуатации.

Однако все эти аспекты превратятся в положительные при соблюдении важных условий.

1. Точная установка параметров устройства. Расчетная нагрузка должна приближаться к стандартному ежедневному потреблению.
2. Чтобы обеспечить постоянную нагрузку на горячее водоснабжение, можно установить вспомогательный нагреватель . Его рекомендуется включать, если солнечный не обеспечивает нужную нагрузку. Этот элемент нужен для устранения разницы в температуре воды.
3. Важно правильное распределение нагрузки, одни из параметров которой – регулирование скорости потока воды.
4. Если воду планируется расходовать не сразу, то для бака нужна дополнительная теплоизоляция . Последний момент касается и облачных дней (толщину теплоизоляции стоит предусмотреть побольше).
5. Покрытие теплоприемника должно повышать его поглощающую способность (самое простое можно сделать черной краской, в идеале лучше нанести селективное).
6. Бак должен вмещать запас горячей воды на два дня.
7. Идущие от коллектора трубы в бак должны быть минимальны по длине и хорошо изолированы для поддержки температурного напора.
8. Подводящая холодную воду к коллектору труба должна быть расположена внизу бака. Нагретая вода, наоборот, поступает наверх. Выше отверстия для уходящей в систему горячей воды должно оставаться место для её запаса.
9. Теперь об установке бака: если сделать это в здании, то существенно снизятся теплопотери. Даже если они и будут, то уйдут в домашнюю среду, а не в воздух. Здесь подойдет, к примеру, чердак. При установке системы на крышу актуально ориентировать коллектор на юг и наклонить под углом местной широты (это повысит эффективность работы на круглый год). Лучшим углом будет 60 градусов зимой и 30 градусов летом, на практике лучше сразу придать 45 градусов.
10. Конструкция дома должна быть готовой выдержать нагрузку от полного бака.
11. И еще один важный момент: как предотвратить замерзание системы при холодном климате? Можно использовать изолирующее съемное покрытие , установить устройство для слива воды или применять антифризный раствор в воде. Последний вариант получил популярность – только в этом случае его заливают в спиральный змеевик, через стенки которого и будет происходить теплообмен.

Использование солнечного водонагревателя позволит существенно сократить расходы на топливо, и уменьшить выброс углекислого газа в атмосферу. Можно собрать подобную систему и своими руками – при этом важно обладать минимальными знаниями в области водопроводных установок и придерживаться всех вышеупомянутых рекомендаций.

Это, действительно, очень просто – сделать солнечный водонагреватель своими руками. Но прежде нужно определиться с тем, как будет использоваться горячая вода. От этого будет зависеть и конструкция водонагревателя. А она может быть очень простой. Например, обыкновенная бочка с водой на крыше маленькой будочки на даче. А в днище этой самой бочки вставлен рассекатель. Это импровизированный летний душ. А может водонагреватель быть и очень сложным, с использованием зеркал, вакуумных трубок, насосов, солнечных батарей.

Конечно, если речь идет только о том, чтобы помыться после работы на дачном огороде, то здесь, действительно, вполне достаточно установить на возвышении бочку, покрасить ее в черный цвет, вставить в днище душ-рассекатель, заполнить эту бочку водой. Это самый примитивный солнечный водонагреватель, запасов воды которого хватит, чтобы принять душ после сельхозработ на дачном участке.

Но ведь дача, по сути, не только сад и огород. Дача – это прежде всего место для отдыха. И обустроить это место нужно так, чтобы здесь можно было не только приятно проводить время, но и жить. Солнечные батареи обеспечат дом электричеством, а солнечные водонагреватели нагреют воду и для бытовых нужд, и для отопления дома.

Типы солнечных водонагревателей

Конструктивно системы солнечного нагрева воды можно разделить на три типа. Это системы с плоским коллектором, на вакуумных трубках и на параболоцилиндрических концентраторах. Все они в настоящее время выпускаются промышленностью. Принцип работы у всех систем один – нагревается теплоноситель, который поступает в теплообменник бака–расширителя и отдает свое тепло воде.

Самой простой является система солнечного нагрева воды на базе плоского коллектора. В простейшем варианте эта система состоит из одного или нескольких плоских коллекторов и бака-расширителя. Коллекторы размещаются ниже бака.

Нагретая в коллекторе вода по законам конвекции поднимается в бак, а холодная вода из бака опускается в коллектор. Это так называемый безнапорный принцип горячего водоснабжения. Но, как правило, солнечные коллекторы устанавливаются выше бака, а в этом случае конвекционная циркуляция воды не работает, поэтому в системе необходимо установить водяной насос для подачи холодной воды в зону нагрева.

Схема простейшей системы солнечного нагрева воды

Наиболее эффективная система подогрева воды строится на базе вакуумных трубок. Вакуумная трубка представляет собой конструкцию из двух трубок, вставленных одна в другую. Наружная трубка стеклянная, внутренняя делается из меди, причем верхняя ее часть несколько шире основной и запаяна.

Эта медная трубка покрывается черной термостойкой краской. Из пространства между этими трубками выкачивается воздух для обеспечения наилучшей термоизоляции. Во внутренней трубке находится легкокипящая жидкость.

Под воздействием солнечного излучения медная трубка нагревается, жидкость в ней испаряется, пар поднимается вверх, нагревая наконечник трубки. Наконечник может разогреваться до 250°С. Он вставляется в трубу, по которой циркулирует теплоноситель. Отдавая тепло теплоносителю, пар в медной трубке конденсируется, и охлажденная жидкость опускается по стенкам вниз. Цикл повторяется бесконечно. Теплоноситель поступает в теплообменник бака, нагревая находящуюся в нем воду.

Схема вакуумной трубки

В отличие от солнечных коллекторов, в которых нагревательными элементами служат вакуумные трубки, в параболоцилиндрических концентраторах зона нагрева находится в фокусе длинного параболического зеркала. Температура в фокусе этого зеркала может достигать 300°С. Нагретый теплоноситель, циркулирующей в системе, поступает в теплообменник бака-расширителя, нагревая находящуюся в нем воду.

Недостатком такой системы солнечного нагрева воды является необходимость позиционирования параболического зеркала на солнце. Промышленные системы оснащаются устройствами слежения за солнцем и исполнительными механизмами, которые поворачивают зеркало.

Схема солнечного водонагревателя с параболоцилиндрическим концентратором

Самодельные солнечные водонагреватели

Для дачи с всего одним легким летним домиком, куда приезжают только в теплое время года и только на выходные, нет смысла сооружать капитальную систему горячего водоснабжения. Чтобы сделать здесь солнечную систему нагрева воды, потребуется совсем не так много времени и денежных средств.

Для сооружения солнечного коллектора понадобятся доски размерами 200х15х2 см, ДВП, каленое стекло, лист жести или кровельного железа размером 2х1 метр, деревянные бруски 5х5 см длиной в 1 метр, медная трубка, пенопласт, черная термостойкая краска, клей «Герметик».

Плоский коллектор в разрезе

Сначала из досок сбивается короб размером 2х1 метр. Из ДВП делается днище короба. Для прочности в двух местах прибиваются поперечины из брусков. Все стыки внешних стенок короба тщательно обрабатываются клеем «Герметик». Затем на дно короба укладывается термоизоляция – пенопласт. К листу жести жестко крепится плоский змеевик, выгнутый из медной трубки.

Чтобы при изгибании на трубке не было заломов, в нее нужно предварительно насыпать обыкновенную соль, которая потом легко вымывается. В качестве такого змеевика можно использовать змеевик от старого холодильника. Предварительно его нужно будет тщательно промыть от остатков фреона.

Самодельный плоский коллектор на базе батареи отопления

Затем этот лист жести со змеевиком крепится в коробе на брусках жесткости. Концы змеевика выводятся в специально просверленные в коробе отверстия. Затем вся эта конструкция покрывается изнутри черной термостойкой краской. Желательно в два слоя. После того, как краска просохнет, короб накрывается стеклом. Все стыки, швы, отверстия с выведенными патрубками змеевика тщательно герметизируются. Снаружи короб покрывается серебристой краской. Солнечный коллектор готов.

Самодельный плоский солнечный коллектор для подогрева воды в бассейне

Теперь пришла очередь бака-расширителя. Из чего сделать бак емкостью 100 – 120 литров, особого значения не имеет. Важно, чтобы этот бак был тщательно покрыт слоем теплоизоляции. В нижней части бака помещается спиралеобразный медный змеевик теплообменника, который трубами соединяется с коллектором. Сам бак будет наполняться водой из магистрали.

Уровень воды в баке должен контролироваться поплавковым краном. После того, как коллектор будет стационарно установлен в месте, максимально освещаемом солнцем, его соединяют со змеевиком теплообменника в баке. В контур теплоносителя для обеспечения циркуляции подключается маломощный водяной насос. После завершения всех подготовительных работ в систему коллектора заливается вода с антифризом, чтобы теплоноситель не превратился в лед во время возможных ночных заморозков. Система горячего водоснабжения готова к работе.

Для дачи с более серьезными коммуникациями потребуется и более основательная система подогрева воды. Ведь здесь может понадобиться горячая вода, например, для бассейна, теплицы, для отопления дома зимой. В этом случае в качестве коллекторов целесообразно использовать наборы вакуумных трубок. Даже зимой в холостом режиме на наконечнике такой трубки температура превышает 200°С.

Подключение вакуумных трубок к контуру теплоносителя

В остальном же устройство системы горячего водоснабжения ничем не отличается от системы с плоским коллектором.

Сделать своими руками гелиевый нагреватель вовсе не трудно. Это будет намного дешевле аналогичных промышленных изделий, у которых стоимость самых простых составляет 35 - 40 тысяч рублей. Стоимость сложных систем может достигать нескольких сотен тысяч рублей. А добротно сделанный своими руками коллектор будет нагревать воду ничуть не хуже фирменного, но стоить будет намного меньше.

Солнце - самый большой источник безопасной и бесплатной энергии. И если раньше люди не могли использовать её, то сейчас существуют технологии, помогающие обеспечить дом теплом и горячей водой только за счёт солнца. Использование коллекторов - экономически выгодный и доступный способ сделать загородный дом более комфортным. Нужно только правильно выбрать гелиоколлектор (или сделать самостоятельно), а потом внедрить его в существующую систему отопления.

Что такое солнечный водонагреватель

Коллектор (водонагреватель) - это прибор, который собирает энергию солнечных лучей и превращает её в тепло. Солнце нагревает находящийся в коллекторе теплоноситель, который дальше используется для устройства горячего водоснабжения и отопления или выработки электроэнергии.

Приборы, связанные с энергией солнца, правильно называть гелиоустановками или гелиоколлекторами (от имени древнегреческого бога солнца Гелиоса).

Современные солнечные водонагреватели могут быть сложными, но прибор для собственных нужд под силу изготовить самостоятельно любому владельцу частного дома. Главное - разобраться, для чего необходимо это устройство.

Три коллектора полностью обеспечивают потребности семьи в горячей воде и отоплении

Сфера использования гелиоустановок

В нашей стране словосочетание солнечный водонагреватель у многих всё ещё ассоциируется с чёрным баком на крыше будки летнего душа, но во всём мире эта технология успешно используется. Гелиоколлекторы распространены в южных регионах Европы. Жители частных домов в Италии, Испании и Греции по закону обязаны пользоваться солнечными водонагревателями. Не отстаёт от запада и Китай. Там солнечные водонагреватели устанавливают на крышах высоток и обеспечивают горячей водой все квартиры. В 2000 году в мире насчитывалось столько гелиоустановок, что собранные вместе они заняли бы более 71 млн м 2 . Почти 15 млн м 2 из них были бы европейскими.

Солнечные вакуумные коллекторы почти полностью занимают крыши китайских новостроек

Применяются такие приборы для горячего водоснабжения бытовых помещений и промышленных зданий, отопления частных домов, административных построек, цехов. Наиболее востребованы они в пищевой и текстильной промышленности, поскольку именно в этой сфере есть множество производственных процессов с использованием горячей воды.

В частном секторе на каждого человека из Германии приходится 0,14 м 2 площади солнечного коллектора, из Австрии - 0,45 м 2 , с Кипра - 0,8 м 2 , а из России - 0,0002 м 2 . Интенсивность солнечного освещения в России всего на 0,5 кВт*ч/м 2 меньше, чем на юге Германии. Это значит, что низкая популярность солнечных коллекторов в северных регионах обусловлена не географическими причинами.

С обширной системой коллекторов можно подогревать даже воду для бассейна

Виды солнечных коллекторов

Инженеры разработали плоские, трубчатые с вакуумом, концентраторы с параболоцилиндрическими отражателями, воздушные, солнечные башни и другие виды установок. Наиболее востребованными для бытовых целей остаются плоские и вакуумные водонагреватели.

Таблица: сравнительная характеристика плоских и вакуумных коллекторов

Плоский коллектор	Вакуумный коллектор
Легко делается своими руками из подручных материалов.	Производится в промышленных условиях или собирается из заводских деталей.
Быстро окупается.	Окупается втрое дольше плоского.
Реже перегревается в жаркую погоду.	Не допускает возврата накопленного тепла в окружающую среду.
Эффективно работает летом или в странах с жарким климатом.	Подходит для холодных регионов, работает зимой при температуре до -30 о С.
Обладает высокой парусностью, поэтому сильный порыв ветра может сорвать его с крыши.	Ветер свободно проходит между вакуумными трубками, поэтому вероятность, что коллектор не пострадает от бури, выше.
Сам очищается от снега, инея и льда.	Производительность в 2–3 раза выше, чем у плоского коллектора (при равных площадях).

Особенности плоских солнечных водонагревателей

Устройство представляет собой панель, внутри которой расположены медные трубки с тёмным покрытием. В них нагревается вода, которая потом собирается в баке и применяется для ГВС (горячего водоснабжения). Если делать коллектор самостоятельно, то дорогостоящие составляющие можно заменить доступными материалами:

• вместо медных трубок можно взять стальные, полиэтиленовые или просто радиатор от старого холодильника;
• деревянный каркас способен стать заменой металлическому, хоть он и весит больше;
• хромированный поглотитель заменит обычная чёрная краска;
• в качестве защитной крышки неплохо послужит лист стекла или сотового поликарбоната, а утеплителя - пенопласт.

Главное - обеспечить герметичность панели, но для этого достаточно все швы заделать строительным силиконом. Основным недостатком таких приборов считается то, что нагретый теплоноситель излучает тепло в воздух и немного охлаждается до поступления в накопительный бак. Использование теплоизоляции и герметизация швов призваны бороться именно с этим эффектом.

Дорогостоящие детали промышленного коллектора можно заменить более дешёвыми аналогами, например, использовать вместо медных трубок стальные, а каркас прибора сделать деревянным

Если воду из плоского коллектора не забирать, в жаркий солнечный день она способна нагреться до 190–210 о С, что может привести к разрыву трубок с теплоносителем или соединительных элементов. Тем, кто пользуется солнечным водонагревателем от случая к случаю, важно установить накопительный бак, способный устранить избыточное давление в трубках. Ещё один вариант - в качестве поглотителя тепла использовать минеральное масло, а не воду. Его температура кипения выше, что снижает риск повреждения системы. В таком случае понадобится теплообменник, в котором масло будет передавать накопленное тепло воде без непосредственного контакта.

Плоские солнечные коллекторы дешевле и проще в изготовлении, но пригодны только для летней эксплуатации на даче или в качестве вспомогательного водонагревателя. Используйте их только для ГВС.

Особенности вакуумных коллекторов

Солнечные водонагреватели этого вида состоят из отдельных трубок, каждая из которых находится в безвоздушной среде. Такая конструкция позволила снизить теплопотери на пути от коллектора к накопительному баку и увеличить эффективность системы. Благодаря этому вакуумные коллекторы отлично работают в период смены сезонов (осень, весна) и зимой.

В вакуумных солнечных водонагревателях также используются медные трубки, поскольку этот материал обеспечивает хорошую теплопередачу и одновременно гигиеничность. Остальные элементы аналогичны: стекло (боросиликатное для лучшего пропускания тепла), под ним чёрный поглощающий слой, трубка с теплоносителем и подложка. Герметичность системы обеспечить проще, так как шов только один - соединение между трубкой и накопительным баком.

Холодная вода постепенно нагревается от поочерёдного контакта с горячими медными трубками. Тепло из вакуумной гелиоустановки отводится только так, поэтому важно обеспечить ему регулярный приток холодной воды, то есть использовать горячую на протяжении всего дня. Для увеличения стойкости системы в качестве теплоносителя в вакуумных солнечных коллекторах используется антифриз. Он хорошо переносит нагрев до 300 о С и не замерзает, когда в пасмурный день температура прибора снижается до -40 о С.

Для круглогодичного ГВС и отопления загородного дома необходим вакуумный солнечный коллектор. Он дороже, но эффективнее и надёжнее плоского.

Своими руками создать полноценный вакуумный солнечный коллектор невозможно: изготовление толстостенной трубки из боросиликатного стекла немыслимо в кустарных условиях. Поэтому более надёжным вариантом станет покупка заводских колб (предлагаются коаксиальные и перьевые разновидности) и сборка гелиоводонагревателя на месте. Но поскольку даже такая работа требует недюжинных слесарных навыков, лучше купить готовое изделие с гарантией от производителя.

В какую систему интегрировать солнечный водонагреватель

Чтобы горячая вода начала вытекать из крана, важно не только выбрать коллектор, но и создать для него целую систему из накопительного бака, соединительных труб, кранов и других элементов.

Типы циркуляции

Необходимо определить, сможете ли вы установить накопительный бачок выше уровня коллектора. От этого зависит, какой из двух типов циркуляции будет в системе.

1. Естественная циркуляция создаётся из-за разницы в плотности холодной и горячей воды . Нагретая жидкость стремится подняться, что и обуславливает такое расположение накопительного бака. Если крыша имеет сложную конструкцию, выберите хорошо освещённое место для размещения коллектора и поставьте бак под коньком.
2. Системы с принудительной циркуляций работают благодаря насосу, перекачивающему тёплую воду в подготовленный бак. При этом появляется возможность разместить элементы системы далеко друг от друга, например, поставить накопительный бак на чердаке или в подвале. Это лучше для экстерьера, требует меньше усилий на теплоизоляцию самого бака. Но трубы, ведущие от коллектора к резервуару, обязательно снабжаются теплоизоляцией, иначе есть риск растерять всё тепло по пути. Принудительная циркуляция требует использования электроэнергии, поэтому если на даче нет или часто пропадает электричество, такой вариант не подойдёт.

Если вы решили использовать в коллекторе масляный теплоноситель, предусмотрите насос для принудительной циркуляции. Иначе из-за низкого коэффициента расширения масла система просто не будет работать.

Выбор типа контура циркуляции

Распространены три типа систем:

1. С разомкнутым контуром. Это самый простой вариант для снабжения дома горячей водой. Его основное отличие в том, что теплоносителем в коллекторе обязательно является вода. Сначала она нагревается в трубках, потом поступает в накопительный бак, а дальше - непосредственно в кран на кухне или ванной комнате. То есть вода не циркулирует по кругу, а в разомкнутом контуре каждый раз нагревается новая порция.
2. Одноконтурная. Она предпочтительна, когда с помощью солнечного тепла предполагается отапливать дом или сделать более дешёвой эксплуатацию электрического отопления. Её отличие в том, что нагретая солнцем вода поступает в отопительные трубы. Теплоноситель двигается в системе по кругу. Это и есть замкнутый цикл циркуляции. Поскольку солнечный коллектор используется зимой и в межсезонье, выбирайте вакуумные модели и включайте в систему дополнительный обогреватель. Электрический или газовый котёл помогает довести теплоноситель до нужной температуры в холодные и пасмурные дни, а также ночью.
3. Двухконтурная. Этот вариант предполагает передачу тепла от коллектора к системе через специальный теплообменник. Поскольку прямого контакта между теплоносителем и водой нет, в коллекторе используют масло или антифриз. Система оптимальна для загородных домов, в которых люди проживают на протяжении всего года. В ней коллектор используется и для горячего водоснабжения, и для отопления одновременно. Как правило, в неё интегрируется также котёл и/или бойлер для дополнительного подогрева воды, а коллекторов используется несколько (в зависимости от количества проживающих и климатических характеристик региона).

   В двухконтурной системе циркуляции нет прямого контакта между теплоносителем солнечного водонагревателя и водой

Система циркуляции с разомкнутым контуром эффективна для ГВС дачи, двухконтурная - для полного снабжения (ГВС и отопления) загородного дома.

Как сделать плоский солнечный коллектор своими руками

Для этого нужен чертёж. Также понадобится рассчитать площадь водонагревателя в соответствии с нуждами семьи. Этот параметр определяется по формуле: A=K*F*SF/(G*η)AW=1/(G*η)A=K*F*SF*AW, где:

• А - площадь коллекторов, м2;
• AW - приведённая площадь, которая способна генерировать 1кВт*час за день, м2*день/(кВт*час);
• Η – КПД одного коллектора, %;
• G - полное излучение солнца за день, характерное для данной местности, кВт*час/(м2*день);
• К - коэффициент, учитывающий величину угла наклона коллекторов и их ориентацию относительно сторон света;
• F - энергия, необходимая для нагрева воды на сутки, кВт*час/день;
• SF - доля энергии солнца в покрытии потребности в тепле, %.

Для строительства коллектора понадобится подробный чертёж с указанием количества и размера деталей

Инструменты и материалы для работы

Для изготовления плоского гелиоколлектора размером 2,28х1,9х0,1 м с металлопластиковыми трубами и деревянным каркасом понадобится:

• ножовка или лобзик для резки дерева и фанеры;
• ножницы для металлопластиковых труб;
• шуруповёрт;
• кисти и краскопульт или баллончик аэрозольной краски для чернения смонтированных труб.

Последовательность действий:

1. Соберите короб для основания коллектора из двух листов фанеры размером 1,52х1,52 м толщиной 1 см. Один из них раскроите для создания бортиков на детали: размером 0,76х0,38 м - 4 шт., размером 1,52х0,76 м - 1 шт.
2. Покрасьте внутреннюю поверхность полученного короба чёрной матовой краской, а внешнюю - белой или покройте защитным лаком.
3. Создайте раму для крепления короба из бруса сечением 5х5 см, согласно приложенной схеме. Всего понадобится 60 м бруса. Перед сборкой важно обработать детали антисептиком для дерева, чтобы защитить материал от осадков и температурных перепадов. Крепите детали между собой саморезами по дереву с применением металлических уголков 5х5 см.
4. Закрепите короб на подготовленной подставке и дальнейшую сборку проводите на этом наклонном стенде.
5. Сделайте разметку, где будут проходить трубы, и в нужных местах крепления для них. Их тоже окрасьте в чёрный, чтобы не увеличивать теплопотери.
6. Нарежьте металлопластиковые трубы толщиной 0,5 дюйма на фрагменты необходимой длины. Чтобы не сделать ошибку, используйте первый фрагмент в качестве эталонного образца. Должно получиться 45 штук по 2,14 м.
7. Соберите змейку из труб на стенде, используя на поворотах фитинги для металлопластиковых труб. Всего необходимо по 44 угловых колена типа «мама-мама» и «мама-папа» и 88 переходников с металлопластиковой трубы на штуцер. Для герметизации соединений используйте уплотнительную нить. В начале и конце змейки закрепите переходники для подключения шлангов подачи и отвода воды.
8. Окрасьте конструкцию в чёрный цвет из краскопульта или баллончика.

   Змеевик коллектора окрашивают чёрной краской

9. Подключите змеевик к насосу и удостоверьтесь, что при перекачивании воды не возникает течь. Если какое-то соединение недостаточно герметично, слейте воду и пересоберите его, а потом снова проведите проверку.
10. Закройте верх короба прозрачным стеклом или монолитным поликарбонатом. Если нет возможности использовать цельный лист, сделайте алюминиевую рамку в размер имеющихся фрагментов (лучше не больше четырёх) и надёжно закрепите панели. Каждый стык тщательно обработайте прозрачным силиконом, чтобы водонагреватель был герметичным.

По описанной схеме собирают коллектор мощностью 1,6–2 кВт.

Для удешевления устройства используют гибкую трубу из сшитого полиэтилена. Она изначально чёрная и монтируется змейкой с помощью всего двух фитингов. Но в этом случае вода будет соприкасаться не с гигиеничным металлом (как в описанном случае), а с пластиком. Это нежелательно, если вода предназначена и для приготовления еды.

Видео: как сделать плоский солнечный водонагреватель с медными трубками

Монтаж гелиоколлектора

Устройство устанавливается на крыше. Этот вариант подходит и для загородных домов, и для многоэтажек. Лучше, если крыша скатная и угол наклона приближен к широте этого региона. В таком случае понадобится прикрепить на её южной стороне кронштейны к доскам сквозь кровельный материал. Коллектор будет размещаться на 15–20 см выше уровня крыши параллельно скату. Это наиболее гармоничное решение, особенно если в доме используется несколько водонагревателей. Иногда коллектор утапливают в крышу, чтобы защитный экран оказался на одном уровне с декоративным покрытием кровли. Но такой способ гораздо затратнее и может ослабить конструкцию крыши.

Лучше всего монтировать систему плоских коллекторов на скатной крыше

На плоских крышах коллекторы монтируют на специальные конструкции, удерживающие их под заданным углом. Подставки можно приобрести готовыми или сварить самостоятельно из уголков. К основе металлоконструкция крепится большими анкерными болтами.

На плоской крыше коллекторы монтируют на специальные конструкции

На дачах солнечные коллекторы устанавливают рядом с домом или бассейном на открытом солнечном участке. В таком случае выбирают место на уже созданной площадке или оборудуют надёжное основание отдельно. Для этого понадобится прямоугольная площадка с утрамбованной насыпной подушкой, гидроизоляцией и покрытием из тротуарной плитки, керамогранита, другого прочного твёрдого и погодоустойчивого материала. Впоследствии на ней монтируется металлическая или деревянная подставка-мольберт, на которую и крепится гелиоколлектор.

Установка солнечного коллектора на опоры, не имеющие общего основания, считается менее надёжным вариантом, но помогает сэкономить место

Обслуживание солнечного коллектора

Как и любое другое оборудование, устройство требует обслуживания. Самые распространённые работы:

Если коллектор был куплен, при первой же поломке стоит вызвать мастера, а в гарантийный период - обратиться к представителю производителя. Самодельный солнечный водонагреватель придётся ремонтировать своими силами, но найти поломку и устранить её в изделии собственного изготовления гораздо проще, чем в заводском. Опыт мастеров по ремонту коллекторов подсказывает, что сначала нужно проверить состояние клапанов, датчиков, накопительного бака и насоса, т. к. они менее надёжны, чем сама гелиоустановка.

В системах ГВС с гелиоколлектором чаще всего выходят из строя клапаны и датчики

Видео: инструкция по сборке солнечного коллектора из алюминиевых банок

Владельцы солнечных коллекторов уверены: стоит однажды оценить возможности этого устройства, и без него уже будет просто невозможно обойтись. Теперь и вы можете обеспечить дом или дачу дешёвым и безопасным теплом.