Как сделать солнечный водонагреватель своими руками

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.

2 Классификация по температурным показателям

Гелиосистемы классифицируются по различным критериям

Но в приборах, которые можно изготовить самостоятельно, следует обратить внимание на вид теплоносителя. Такие системы можно разделить на два типа:

• использование различных жидкостей;
• воздушные конструкции.

Первые применяются чаще всего. Они более производительные и позволяют напрямую подключить коллектор к отопительной системе. Также распространена классификация по температуре, в пределах которой может работать устройство:

1. Работающие в низкотемпературном диапазоне. Такие устройства способны нагреть теплоноситель максимум до 50 градусов. Применяются они для подогрева воды в душевых кабинах, ваннах, на кухне, для полива огорода, а также для повышения комфорта в осенний и весенний период.

2. Среднетемпературный диапазон. Могут разогреть теплоноситель до 80 градусов. Они зачастую используются для обеспечения работы отопительного оборудования в частных домах.

3. Высокотемпературные. Используются в производительных цехах и других коммерческих зданиях. Способны нагревать теплоноситель до 200—300 градусов.

Последний вид гелиосистем работает благодаря очень сложному принципу передачи солнечной энергии. Оборудованию требуется много места. Если разместить его на загородной даче, тогда оно займет преобладающую часть участка. Для производства энергии понадобится специальное оборудование, поэтому сделать такую солнечную систему самостоятельно будет практически невозможно.

Важные нюансы сборки коллектора своими руками

Первый этап – сборка короба. Для сборки упоминавшегося ранее короба используются деревянные доски шириной порядка 12 см и толщиной 3-3,5 см. Днище выполняется из оргалита либо фанерного листа. Дно обязательно усиливается при помощи реек размером 5х3 см. Длину реек подбирайте по размерам днища.

Второй этап – утепление короба. Короб нуждается в качественном утеплении. Лучший и наиболее удобный в использовании вариант – плиты пенопласта. Также хорошо подойдет минеральная вата. Утеплитель укладывается на дно короба.

Третий этап – обустройство короба для радиатора. Уложенный утеплитель необходимо укрыть слоем оцинкованного листового металла. Для соединения радиатора и уложенного листа металла используются хомуты. Предварительно окрасьте трубу радиатора и металлический настил черной матовой краской.

Снаружи коробка окрашивается в белый, а стекло герметизируется при помощи специально предназначенных для таких задач составов. Это позволит минимизировать потери тепла. Соединение труб выполняется в стандартном порядке при помощи тройников, муфт, а также уголков. Применяемые при сборке коллектора трубы без особых усилий соединяются вручную.

Четвертый этап – подготовка аккумулирующего бака. За накопление тепла в рассматриваемой системе отвечает бак, емкость которого может находиться в пределах 200-400 л. Конкретный объем подбирайте с учетом вашей личной потребности в воде. Бак можно сделать из бочки. Если найти подходящую бочку не удастся, используйте трубы.

Бак нуждается в утеплении. Лучше всего установить его в короб из фанерных листов или деревянных досок, а пространство между стенками коробки и емкости заполнить опилками, пенопластом или другим теплоизоляционным материалом.

Пятый этап – подготовка аванкамеры. В состав рассматриваемой системы входит агрегат под названием аванкамера. Главной функцией этого приспособления является нагнетание постоянного избыточного давления, требуемого для полноценной работы системы на основе солнечного коллектора. Аванкамера изготавливается из подходящей емкости на 35-45 л. Прекрасно подойдет бидон. Дополнительно агрегат комплектуется подпитывающим устройством для автоматизации работы.

Коллекторы из подручных материалов

Собрать солнечный коллектор для отопления дома своими руками и дешевле и интереснее, ведь изготовить его можно из различных подручных материалов.

Из металлических труб

Этот вариант сборки походит на коллектор Станилова. При сборке солнечного коллектора из медных труб своими руками, из труб варится радиатор и помешается в деревянный короб, проложенный изнутри теплоизоляцией.

Такой самодельный коллектор не должен быть чересчур большим, чтобы его было легко собрать и монтировать. Диаметр труб на солнечные коллектора для сварки радиатора должен быть меньше, чем у труб для ввода и вывода теплоносителя.

Из пластиковых и металлопластиковых труб

Как сделать солнечный коллектор своими руками, имея в домашнем арсенале пластиковые трубы? Они менее эффективны в качестве теплонакопителя, однако в разы дешевле меди и не коррозируют как сталь.

С укладкой труб можно экспериментировать. Так как трубы плохо гнутся, их можно укладывать не только по спирали, а и зигзагом. Среди преимуществ, пластиковые трубы легко и быстро поддаются пайке.

Из шланга

Чтобы сделать солнечный коллектор для душа своими руками понадобится резиновый шланг. Вода в нем нагревается очень быстро, поэтому его тоже можно использовать в качестве теплообменника. Это самый экономичный вариант при изготовлении коллектора своими руками. Шланг или полиэтиленовая труба укладывается в короб и прикрепляется хомутами.

Так как шланг скручен по спирали, в нем не будет происходить естественная циркуляция воды. Чтобы использовать в данной системе ёмкость для накопления воды, необходимо оснастить её циркуляционным насосом. Если это дачный участок и горячей воды уходит немного, то того её количества, которое буде поступать в трубу, может оказаться достаточно.

Из банок

Теплоносителем солнечного коллектора из алюминиевых банок выступает воздух. Банки соединяются между собой, образуя трубу. Чтобы сделать солнечный коллектор из пивных банок нужно обрезать днище и верх каждой банки, состыковать их между собой и склеить герметиком. Готовые трубы помещаются в деревянный короб и накрываются стеклом.

В основном, воздушный солнечный коллектор из пивных банок используют для устранения сырости в подвале или для обогрева теплицы. В качестве теплонакопителя можно использовать не только пивные банки, а и пластиковые бутылки.

Из холодильника

Солнечные водогрейные панели своими руками можно соорудить из непригодного холодильника или радиатора старого авто. Конденсатор, извлеченный из холодильника, надо хорошо промыть. Горячую воду, полученную таким способом, лучше использовать только для технических целей.

На дно короба расстилается фольга и резиновый коврик, потом на них укладывается конденсатор и закрепляется. Для этого можно применить ремни, хомуты, либо то крепление, которым он был прикреплен в холодильнике. Для создания давления в системе не помешает установить над баком насос или аквакамеру.

Видео

Вы узнаете, как сделать солнечный коллектор своими руками, из следующего видео.

Особенности солнечного коллектора как прибора для отопления дома

Солнечный коллектор — это устройство, работающее за счёт поглощения солнечного излучения и передачи его энергии с помощью жидкости-теплоносителя.

Конструкция гелиосистемы состоит из следующих элементов:

• Солнечный абсорбер(панель).
• Резервуар-накопитель.
• Узлы подачи и слива воды.
• Регуляторы и датчики.

Принцип работы заключается в улавливании солнечных лучей панелью и преобразование их в теплоэнергию. Накопленная энергия воздействует на жидкость-теплоноситель (воду или антифриз). Теплоноситель поступает к резервуару с водой и отдаёт энергию. Запуск системы осуществляется специальным регулятором.

Проходя по контуру теплообмена — системе труб, нагретая жидкость отдаёт тепло в воздух. И за счёт этого отапливает помещение. В резервуаре-накопителе из-за подаваемого тепла происходит запас горячей воды впрок. За счёт системы теплоизоляции нагретая солнцем вода хранится до того момента, когда её необходимо будет использовать.

Для поддержания нужной температуры воды в резервуаре система снабжается специальными датчиками и насосами для принудительной циркуляции. В более простых вариантах циркуляция происходит за счёт естественного самотёка.

Современные гелиосистемы в настоящее время используются как основные и вспомогательные элементы отопительного оборудования. В качестве главного источника тепла гелиосистема может использоваться исключительно в южных регионах, где солнца достаточно круглый год.

Установка в доме солнечного коллектора позволяет извлечь следующую выгоду:

• Приобретение энергонезависимости.
• Снижение затрат на закупку газа и электричества для отопления и горячего водоснабжения.
• Доступность.
• Долговечность. Срок службы одного коллектора не менее 20-25 лет.
• Отсутствие грязи и отходов.
• Снижение нагрузки на электросеть дома.

У гелиосистем есть и некоторые недостатки:

• Высокая стоимость оборудования. Срок окупаемости системы равен примерно 7-10 годам.
• Зависимость от климатических условий. В некоторых регионах солнечная энергия поступает не регулярно, поэтому система не сможет работать в нужном режиме. В северных регионах КПД солнечного коллектора слишком низкий, и затраты на установку не окупаются.

Типы солнечных водонагревателей

Делятся на 2 подвида:

• Активные
• Пассивные

У первого вида задействован насос для быстрого темпа циркуляции жидкости, второй вид не имеет насоса и вода идёт под своим напором, как правило, медленным.

Пассивные системы работают благодаря естественной гравитации без помощи, каких либо посторонних приспособлений. Поток воды зависит от разной плотности холодного и уже нагретого теплоносителя. Гораздо дешевле на современном рынке в отличие от активного вида нагревателей и лёгкие в самостоятельной сборке. Во многом теряют свою эффективность из-за отсутствия насоса, так как циркуляция в системе минимальна.

Активные системы привлекают к себе большое внимание благодаря своим функциям и расширенным возможностям. Активные системы используют электрические насосы, а также такие немаловажные детали как клапаны и контроллёры для циркуляции теплоносителя

Обладают высокой эффективностью, но гораздо сложнее в самостоятельной сделке и дороже на рынке.

Активные системы делятся на несколько видов:

• С открытым контуром.Имеют в своей сборке насос, который циркулирует воду через коллекторы. Имеют большую популярность в регионах с температурой выше ноля на протяжении всего года, но характеристики разрешают эксплуатация от -20 градусов по Цельсию.
• С закрытым контуром.В системах такого типа в качестве теплоносителя нельзя использовать обычную воду, как правило, для этого предназначен водно-гликолевый антифриз. Такой тип солнечного водонагревателя передаёт максимально нагретую воду. Имеют широкое распространение в холодных климатически зонах, где температура чаще всего ниже ноля, так как имеют отличную защиту от замерзания воды.

Как работает зимой?

В системах отопления, как правило, используются вакуумные коллекторы, это определяется их техническими характеристиками и условиями эксплуатации.

Основной элемент вакуумного солнечного коллектора – это вакуумная трубка, которая состоит из:

• Изоляционной трубки, выполненной из стекла или иного материала, пропускающего солнечные лучи с минимальными потерями их мощности;
• Медной, тепловой трубки, помещенной во внутреннее пространство изоляционной трубки;
• Алюминиевой фольги и поглощающего слоя, расположенных между трубками;

Крышкой изоляционной трубки, являющейся уплотнительной прокладкой, обеспечивающей вакуум во внутреннем пространстве устройства. 

Работа системы осуществляется следующим образом:

• Под воздействием солнечной энергии, теплоноситель контура трубки, испаряется и поднимается вверх, где в теплообменнике коллектора конденсируется, передает свое тепло теплоносителю наружного контура, после чего стекает вниз, и процесс повторяется.
• Теплоноситель наружного контура, из теплообменника солнечного коллектора, подается на бак-аккумулятор, где происходит передача полученной тепловой энергии теплоносителю системы отопления и горячего водоснабжения.
• Циркуляция теплоносителя наружного контура осуществляется путем установки циркуляционного насоса и систем автоматики, обеспечивающей работу системы в автоматическом режиме.

В комплекс системы автоматики входит контроллер, датчики и элементы управления, обеспечивающие установленные параметры работы системы (температура, расход жидкости в системе ГВС и т. д.) 

Для того, чтобы данная система была эффективна и справлялась с выполнением поставленных задач, в том числе и в зимний период, системой предусматривается установка дублирующих источников энергии. Это может быть дополнительная система нагрева, с использованием теплоносителя, как на приведенной схеме, когда теплоноситель дополнительного контура нагревается путем использования различных видов топлива (газ, биотопливо, электричество). Также, с подобную задачу можно выполнить путем установки электрических ТЭНов, непосредственно в бак-аккумулятор. Работу дублирующих источников энергии контролирует система автоматики, включая в работу данные устройства, по мере необходимости.

Определить, выгодно ли использовать солнечные коллекторы, каждый определяет для себя индивидуально, в зависимости от региона проживания, потребности в тепловой энергии и в зависимости от финансовых возможностей. Регион проживания – это важный критерий, при определении эффективности использования устройств, служащих для преобразования энергии солнца в другие виды энергии. Солнечная активность (продолжительность солнечного сияния), в разных регионах нашей страны разная, что видно на приведенной ниже схеме.  Из данной схемы видно, что наиболее благоприятные регионы, для использования солнечной энергии, с продолжительностью солнечной активности более 2000,0 часов в год, расположены в южных районах страны. В этих районах также не бывает холодных и продолжительных зим, что определяет возможность успешного использования солнечных коллекторов в системах отопления и горячего водоснабжения, именно в этих областях России.