Солнечный коллектор для отопления дома: виды, состав гелиосистем, расчет и особенности монтажа

Любой солнечный коллектор — это особый вид климатической техники. Она используется для производства горячей воды, чтобы в дальнейшем использовать её для различных нужд. Возможность внедрения возобновляемых бесплатных источников энергии в производственный цикл становится главным отличием коллекторов от другой подобной техники. Принцип изменения плотности воды во время её нагрева — вот на чём основана работа таких устройств. Это означает, что осуществляется движение воды наверх, для дальнейшего подогрева выталкиваются более холодные участки воды. Так что нет необходимости использовать какое-либо дополнительное насосное оборудование.

Как работает коллектор в системе отопления

Чаще всего гелиосистемы используют для своей работы обычную воду, а так же антифриз. Если по сравнению с коллектором температура воды в нижней части ниже, включается обогрев. Вода перемещается по системе благодаря встроенному насосу. Нагрев воды в накопителе происходит через теплообменник, обычно коллекторы нагреваются только до определённой температуры.

При необходимости направление воды в системе меняется благодаря смесителю. Таким образом, остывающая и тёплая вода время от времени сменяют друг друга. За счёт расширения тёплой воды происходит замена жидкости в системах с естественной циркуляцией. При нагреве тёплая вода поднимается вверх, холодная выталкивается в нагревательный бак.

Обязательно наличие теплоизоляционного слоя толщиной как минимум 25−30 сантиметров, иначе система не сможет работать стабильно. Что касается резервуара, то лучше всего использовать прямоугольную форму. При соблюдении этого условия вода будет равномерно распределяться по всем имеющимся участкам. Так что работа системы в целом станет более полноценной.

Отопление домов солнечными коллекторами

Затраты на обогрев частного дома могут снизиться до 50−90 процентов, если правильно смонтировать солнечные коллекторы. Весна-осень — период, когда обогрев происходит особенно активно, хотя в принципе система работает в любое время года.

Главные параметры, которые нужно рассчитывать при выборе коллектора:

• площадь гелиосистемы
• количество тепловой энергии

Если система будет использоваться в зимний период, то и расчёты проводятся соответственно. Ведь в зимние морозы требуется гораздо больше энергии и затрат для того, чтобы помещение было комфортным для проживания.

Достаточно часто солнечные коллекторы выступают лишь дополнительными источниками тепла. Автономное использование гелиосистемами тоже возможно, если теплоизоляция дома выполнена правильно.

Естественная циркуляция воды за счёт конвекционных потоков — лишь один из принципов, по которому может быть организована гелиосистема. Из-за пассивной циркуляции воды этот вариант менее эффективен, чем все остальные. Бак обязательно примыкает к коллектору, но в то же время находится выше него.

Дополнительные электрические циркуляционные насосы используются в системах с принудительной циркуляцией. В данном случае сами коллекторы становятся более эффективными, поскольку более эффективно используется вода. Но к обслуживанию такие устройства более требовательны, всё зависит от электрической энергии, за счёт которой всё работает.

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.

Выше уровня коллектора подключается накопительный бак. Верхний вывод, таким образом, должен подключаться ко входу горячей воды в систему отопления, а нижний к обратке. На входе в солнечный коллектор для отопления в таком случае могут возникнуть воздушные пробки. Потому такие системы стоят дешевле, чем вариант с использованием насосов.

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.

Коллекторы из поликарбоната

Листы ячеистого поликарбоната или полипропилена — главные элементы, из которых состоят такие коллекторы. К торцам листов крепится непосредственно сам коллектор. Только в специальном жестяном крытом коробе необходимо осуществлять монтаж подобной системы. В качестве крышки следует использовать дополнительный лист из поликарбоната. Можно сделать и стеклянную крышку, но, если светопроницаемость будет излишний, поликарбонат создаст парниковый эффект, так что всё будет похоже на двойное остекление. Так что лучше всё делать полностью из поликарбоната, так система будет работать стабильнее.

Дополнительная информация о структуре

Сам солнечный коллектор становится главным элементом в системе нагрева воды. Эта конструкция может быть отнесена к одной из трёх групп:

• плоские коллекторы
• вакуумные коллекторы
• водяные коллекторы

Алюминиевая рама становится основой для плоских коллекторов. Внутри неё располагаются медные трубки, сверху их покрывает специальный поглощающий материал. Снизу находится теплоизоляция. Закалённое стекло практически полностью закрывает эту конструкцию, само стекло всегда отличается большой пропускной способностью относительно света. Такие системы можно включать только в определённое время года, а можно пользоваться ими круглый год.

Рама с вакуумными трубками из боросиликатного стекла — вот что используется для изготовления вакуумных коллекторов. Ещё одна колба со специальным поглощающим покрытием имеется при этом внутри каждой отдельной трубки. Медная трубка с теплоносителем под низким давлением располагается в самих колбах. В теплообменник с жидкостью помещается конец медной трубки, именно туда выделяется тепловая энергия, которая аккумулируется в системе.

Конструкция типа «морская трубка» тоже является отдельной разновидностью вакуумных коллекторов. Бак для воды и трубки в этом случае находятся на раме. Внутри каждой трубки находится ещё одна трубка, между ними обязательно устраивается специальное вакуумное пространство. Слоем абсорбента покрыты вакуумные трубки, более того, они заполнены водой. Когда происходит нагрев, вода поднимается в бак. Холодная опускается к трубкам для нагрева. Такие системы ещё называются водяными солнечными коллекторами.

Бак-аккумулятор выступает вторым элементом, который обязательно присутствует в любой системе. Именно он используется для хранения воды, в дальнейшем потребляющейся для различных нужд. Наружную часть бака лучше утеплить отдельным слоем толщиной минимум в 3 сантиметра, иначе в холодное время года он не сможет сохранить тепло. Бойлер для солнечного коллектора тоже подождёт.

На что следует обратить внимание

Любые гелиоустановки характеризуются номинальной мощностью, которая обозначается в киловаттах. Это количество энергии, которое вырабатывается при ярком солнце в зените. Это означает, что эффективность системы будет снижаться утром и вечером. Ночью, скорее всего, можно будет использовать горячую воду только из бойлера, где вода копилась на протяжении целого дня.

Выбирая модель коллектора, обратите внимание на то, можно ли его использовать в зимний период. И на то, какая мощность должна быть у системы, к которой коллектор подключается. Установка коллекторов обычно осуществляется на крышу или на каркас, который монтируется отдельно.

Гелиосистема для загородного дома (видео)

Солнечный коллектор – это техническое устройство, служащее для преобразования солнечной энергии в тепловую. По типу теплоносителя, солнечные коллекторы подразделяются на воздушные и жидкостные, в которых теплоносителем служит вода или иное жидкое вещество (антифриз, этиленгликоль и подобные). По конструкции, данные устройства, бывают плоские и вакуумные.

Принцип действия

Для отопления жилого дома или иного объекта могут быть использованы все виды солнечных коллекторов, однако принцип их работы, вне зависимости от конструкции и вида теплоносителя, является единым.

Принцип работы солнечного коллектора основан на способности материалов поглощать энергию солнца в видимом и невидимом, человеческому глазу, диапазонах, в связи с чем, внутри данного материала, начинаются физические процессы, молекулы начинают быстрее двигаться, материал (вещество) – нагревается. Тепло выделяемое материалами, на которые воздействуют солнечные лучи, передается теплоносителя для последующего использования.

Схематично, принцип работы различных видов устройств, можно отразить следующим образом:

1. Плоский солнечный коллектор, работающий с использование жидкого теплоносителя: 
2. Плоский солнечный коллектор, работающий с использование воздуха: 
3. Вакуумный солнечный коллектор, с жидким теплоносителем: 

Виды

В соответствии с конструкцией, видом теплоносителя и способу его использования и передачи тепла, солнечные коллекторы бывают:

По типу конструкции:

• Плоские – представляют из себя конструкцию в виде прямоугольника (коробки), выполняемую из прочного материала и служащую корпусом устройства. Во внутренне пространство корпуса укладывается изоляция, по поверхности которой монтируется абсорбирующая (поглощающая тепло) пластина. В специальные углубления абсорбера, укладываются трубки (как правили изготовленные из меди), в которые, в дальнейшем, подается теплоноситель. С наружной стороны корпус закрывается поглощающей оболочкой и защитным стеклом. 
• Вакуумные – в устройстве данного типа, определенное количество вакуумных трубок, объединены в общем корпусе коллектора. В корпусе устроен теплообменник, в котором теплоноситель, циркулирующий во внутреннем контуре вакуумных трубок, передает полученную энергию, теплоносителю наружного контура. 

По типу теплоносителя:

• Воздушные;
• Водяные.

По способу использования теплоносителя:

• Пассивные – солнечный коллектор используется в паре с баком накопителем, и служит для горячего водоснабжения, без устройства дополнительных инженерных элементов сети (циркуляционный насос, элементы защиты и т. д.).
• Активные – система, кроме монтажа коллектора, комплектуется техническими устройствами (насос, защитные клапана, бак накопитель, дополнительные элементы нагрева теплоносителя), и может использоваться как для горячего водоснабжения, так и для отопления помещений.

По способу передачи тепла:

• Косвенного действия, когда в системе отопления (горячего водоснабжения), присутствует бак-аккумулятор (накопитель), в котором происходит передача тепловой энергии, полученной, наружным контуром, от солнечных лучей, и передаваемой внутреннему контуру, циркулирующему в системах ГВС и отопления.
• Прямого действия, прямоточные – данный способ используется в системах ГВС, при этом циркуляция воды, в контуре коллектора, осуществляется под воздействием разности температур и путем установки дополнительных элементов (кранов, клапанов и т. д.).

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:

1. 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.
2. Теплоноситель наружного контура, из теплообменника солнечного коллектора, подается на бак-аккумулятор, где происходит передача полученной тепловой энергии теплоносителю системы отопления и горячего водоснабжения.
3. Циркуляция теплоносителя наружного контура осуществляется путем установки циркуляционного насоса и систем автоматики, обеспечивающей работу системы в автоматическом режиме.
4. 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.

Выгодно ли это

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.

При необходимости создать абсолютно автономную систему, от внешних, традиционных поставщиков тепловой энергии, следует помнить, что, установив только коллектор, создать подобную систему не получится, т. к. для создания циркуляции теплоносителя, работы системы автоматики, необходима электрическая энергия. Поэтому, для полной автономии, необходимо проработать вопрос по независимому электроснабжению подключаемого объекта. Следовательно, для того, чтобы сделать абсолютно независимую систему, потребуются дополнительные финансовые затраты, что увеличит срок окупаемости оборудования.

Как сделать своими руками

Наиболее простой, но тем не менее эффективный вариант, это плоский солнечный коллектор, в котором в качестве теплоносителя используется вода.  Из имеющихся под рукой материалов, изготавливается корпус устройства. Это может быть дерево, профильный черный или цветной металл. Размеры каркаса определяются местом установки солнечного коллектора, его назначением и наличием требуемых материалов.

Во внутреннее пространство корпуса укладывается утеплитель, поверх которого укладывается медная трубка. Для создания большей поглощающей площади, трубку укладывают в форме змеевика. Чтобы увеличить КПД устройства, под трубку можно положить слой фольги (на схеме не показано), это позволит снизить тепловые потери в нижнюю сторону устройства и увеличит температуру во внутреннем пространстве корпуса.

Плюсы и минусы

Как у любого технического устройства, так и у солнечного коллектора, есть свои плюсы и минусы, как по возможности использования и эксплуатации, так и по иным параметрам и показателям. В зависимости от конструкции устройства, плюсы и минусы, разнятся, поэтому необходимо их рассмотреть в отдельности друг от друга.

Плоские солнечные коллекторы.

Достоинства использования:

1. При использовании в южных регионах с теплым климатом, наилучшие показатели в соотношении цена – производительность;
2. При осадках в виде снега, имеют способность к самоочищению;
3. Обладают высоким КПД, при использовании в летний период;
4. Относительно низкая стоимость, в сравнении с аналогами другой конструкции.

Недостатками являются:

1. Значительные тепловые потери, вызванные конструктивными особенностями устройства;
2. Низкий КПД при работе в осенне-весенний период;
3. Сложность транспортировки и монтажа готовых изделий;
4. Высокая парусность конструкции, создает опасность повреждения ее элементов, в процессе эксплуатации;
5. Сложность и трудозатратность выполнения ремонтных работ.

Вакуумные солнечные коллекторы.

Достоинства использования:

1. При использовании в регионах с холодным и умеренным климатом, наилучшие показатели в соотношении цена – производительность;
2. Незначительные тепловые потери, в процессе эксплуатации, в сравнении с аналогами другой конструкции;
3. Способность работать при низких и отрицательных температурах окружающего воздуха;
4. Способность работать при низкой солнечной активности в утренние и вечерние часы, а также при отсутствии прямых солнечных лучей (пасмурная погода);
5. Легкий и удобный монтаж, транспортабельность конструкций;
6. Надежность в процессе эксплуатации.

Недостатками являются:

1. Относительно высокая стоимость;
2. Жесткие требования к монтажу, определяющие расположение коллектора в пространстве по отношению к поверхности земли.

Использование бесплатной энергии солнца – хороший метод сэкономить топливо и электричество, расходуемое на отопление частного дома. Массовому применению гелиосистем мешает высокая цена теплоприемников и сопутствующего оборудования – потребуется накопительный бак, циркуляционный насос, электронный блок управления и прочая арматура. Единственный способ снизить затраты – изготовить солнечный коллектор из недорогих материалов своими руками и собрать стандартную схему обвязки.

Принцип работы солнечных нагревателей

Прежде чем браться за изготовление самодельного гелиоколлектора, стоит изучить устройство существующих заводских моделей – воздушных и водяных. Первые используются для прямого отопления помещений, вторые применяются в качестве нагревателей воды либо незамерзающего теплоносителя — антифриза.

Справка. Воздушные установки не слишком популярны из-за ограниченной функциональности. Водонагревательные модели более востребованы, поскольку могут обеспечивать работу отопления, ГВС и поднимать температуру в открытых бассейнах.

Главный элемент гелиосистемы – сам солнечный коллектор, предлагаемый в 3 вариантах исполнения:

1. Плоский водяной нагреватель. Представляет собой герметичный короб, утепленный снизу. Внутри расположен тепловой приемник (абсорбер) из металлического листа, на котором закреплен медный змеевик. Сверху элемент закрыт прочным стеклом.
2. Конструкция воздухонагревательного коллектора аналогична предыдущему варианту, только по трубкам вместо теплоносителя циркулирует воздух, нагнетаемый вентилятором.
3. Устройство трубчатого вакуумного коллектора кардинально отличается от плоских моделей. Аппарат состоит из прочных стеклянных колб, куда помещены медные трубки. Их концы подсоединяются к 2 магистралям – подающей и обратной, воздух из колб откачан.

Дополнение. Существует и другая разновидность вакуумных водяных нагревателей, где стеклянные колбы наглухо запаяны и наполнены специальным веществом, испаряющимся при невысокой температуре. При испарении газ поглощает большое количество теплоты, передаваемое воде. В процессе теплообмена вещество снова конденсируется и стекает на дно колбы, как показано на картинке.

Перечисленные типы коллекторов используют принцип прямой передачи теплоты солнечного облучения (иначе – инсоляции) протекающей жидкости или воздуху. Плоский водонагреватель работает так:

1. Через медный теплообменник со скоростью 0.3—0.8 м/с движется вода либо антифриз, прокачиваемый циркуляционным насосом (хотя бывают и самотечные модели для уличного душа).
2. Лучи солнца разогревают абсорбирующий лист и плотно соединенную с ним трубу змеевика. Температура протекающего теплоносителя поднимается на 15—80 градусов в зависимости от сезона, времени суток и уличной погоды.
3. Чтобы исключить тепловые потери, дно и боковые поверхности корпуса утеплены пенополиуретаном либо экструзионным пенополистиролом.
4. Прозрачное верхнее стекло выполняет 3 функции: защищает селективное покрытие абсорбера, не позволяет ветру обдувать змеевик и создает герметичную воздушную прослойку, удерживающую тепло.
5. Горячий теплоноситель поступает в теплообменник накопительного бака – буферной емкости или бойлера косвенного нагрева.

Поскольку температура воды в контуре аппарата колеблется вместе с изменением времен года и суток, солнечный коллектор не может использоваться для отопления и ГВС напрямую. Полученная от солнца энергия передается основному теплоносителю через змеевик бака — аккумулятора (бойлера).

Исключение – гелиоустановки для бассейнов, нагревающие воду резервуара напрямую либо через простой теплообменник.

Эффективность трубчатых аппаратов повышена за счет вакуума и внутренней отражающей стенки в каждой колбе. Лучи солнца свободно проходят сквозь безвоздушную прослойку и греют медную трубку с антифризом, но тепло не может преодолеть вакуум и выйти наружу, поэтому потери минимальны. Другая часть излучения попадает в отражатель и фокусируется на водяной магистрали. По заверениям производителей, КПД установки достигает 80%.

Изготавливаем водяной коллектор

Водонагреватель вакуумного типа сделать в домашних условиях не выйдет по понятным причинам. Поэтому беремся за плоскую конструкцию с теплообменником и собирающим солнечные лучи абсорбером. В идеале нужно рассчитать площадь приемника и температуру воды на выходе, зависящую от многих факторов:

• регион проживания и уровень инсоляции;
• температура окружающей среды, особенно в зимний период;
• площадь теплообменной поверхности, воспринимающей облучение солнцем;
• материал и покрытие змеевика;
• температура теплоносителя на входе;
• угол наклона панели по отношению к солнечным лучам;
• скорость течения воды по трубам теплообменника.

В интернете нетрудно отыскать расчеты производительности солнечного коллектора, но предупреждаем — вычисления весьма неточные.

Пример. За основу принимается факт: в ясный день на 1 м² поверхности попадает 500—800 Вт энергии солнца. Дальше по школьной формуле m = Q / 1.163 х Δt определяем массу воды, нагретую на 40 °С теплообменником 1 м²: 500 / 1,163 х 40 = 10.7 литра в час. При инсоляции 800 Вт/м² удастся нагреть 17.2 л/ч. Но дьявол кроется в деталях: изначальный показатель 0.5—0.8 кВт на квадратный метр – цифра очень приблизительная.

Мы предлагаем упрощенный подход к вопросу, изложенный в пошаговой инструкции:

1. Определите место и площадь, которую вы готовы отдать под коллектор.
2. Ориентируясь по ценам на материалы, выберите подходящий вариант для сборки змеевика и корпуса.
3. Изготовьте опытный образец, подключите к отоплению либо водоснабжению по правильной схеме. Способы обвязки мы покажем в следующих разделах данной статьи.
4. Испытайте греющий контур в домашних условиях и сделайте дальнейшие выводы о наращивании / уменьшении мощности, изменении конструкции и так далее.

Теперь пройдем каждый этап по отдельности, заостряя внимание на подводных камнях.

Размещение тепловой установки

Собственно, вариантов расположения самодельного коллектора всего два: на крыше здания либо открытой площадке придомового участка. Выбирая место, соблюдайте простые правила:

1. Площадка должна быть максимально освещена в течение дня, не затеняться деревьями и другими хозяйственными постройками.
2. При установке на крышу выбирается более пологий скат, куда всегда попадает солнечное излучение. Понятно, что крутая часть ломаной мансардной кровли не подойдет.
3. Водогрейную установку, предназначенную для отопления либо горячего водоснабжения, не относите далеко от жилища. Увеличится длина подающих трубопроводов, теплопотери и стоимость монтажа.
4. Наземный коллектор ориентируйте таким образом, чтобы солнце, визуально движущееся с востока на запад, постоянно освещало теплоприемник. Угол установки панели – 60±15°.

Примечание. Эффективность греющего элемента можно повысить с помощью параболического солнечного концентратора, собирающего лучи в единый пучок, который направляется на абсорбер. Конструкция и способы сборки вогнутого зеркала показаны на видео.

Солнечные установки, рассчитанные на подогрев воды в летнем душе, располагаются на крыше этого строения и присоединяются по самотечной схеме. Устройства для нагрева бассейнов размещаются рядом с чашей резервуара.

Выбор материалов

Подборку комплектующих для изготовления солнечных водонагревателей своими руками мы сделали на основании отзывов и тем, обсуждаемых на популярном форуме Forumhouse. Итак, прямоугольный короб приемника обычно делается из деревянного бруса либо готовых рам старых окон. Задняя стенка корпуса утепляется базальтовой ватой, пенопластом или экструдированным пенополистиролом.

Совет. Дно короба можно сделать из фольгированного полимерного утеплителя. Металлический слой послужит абсорбером – ставить дополнительный лист не придется.

Теплообменники домашние умельцы изготавливают из разнообразных труб:

• полиэтиленовые черные (ПНД);
• гофрированная нержавейка;
• медные и алюминиевые;
• полипропилен и металлопластик;
• сшитый полиэтилен;
• панельные стальные радиаторы.

С точки зрения эффективности и долговечности лучше применять трубки из алюминия, меди и нержавеющей стали, обладающие наилучшей теплопроводностью. Недостаток материала – высокая цена.

Пластиковые трубы значительно дешевле металлических и проще в монтаже. Но при использовании полимеров нужно учитывать ряд нюансов:

• любые пластмассы постепенно разрушаются под воздействием ультрафиолетового излучения;
• стенки труб ППР слишком толстые, плохо проводят тепло;
• качественный металлопластик слишком дорог для наших целей, а дешевый нередко расслаивается на изгибах и быстро разрушается на солнце;
• сшитый полиэтилен «запоминает» первоначальный изгиб в бухте, из него удобно делать кольцевой змеевик, а выпрямить непросто;
• трубы ПНД нужно покупать пищевой серии (с синей полосой), она лучше защищена от ультрафиолета.

Справка. Простейший вариант теплообменника для бассейна – черный садовый шланг, уложенный «улиткой». Минус материала – растрескивание резины от длительного воздействия солнца.

Тонкостенные трубы ПНД – отличный выбор по соотношению цена — качество. Черная поверхность хорошо поглощает солнечное тепло, соединительные фитинги стоят недорого. К абсорберу трубопровод крепится пластиковыми хомутами либо жестяной полосой на саморезах.

В качестве абсорбирующего листа можно применить обычную или нержавеющую сталь, окрашенную в черный цвет. Идеальный вариант – листовой алюминий либо медь.

Верх короба закрывается следующими прозрачными материалами на выбор:

• обычное или армированное стекло;
• прозрачная полиэтиленовая пленка;
• тонкий сотовый поликарбонат.

Совет. Не применяйте в качестве светопрозрачного элемента готовые стеклопакеты от пластиковых окон. Зимой при большом перепаде температур между уличным воздухом и внутренней закрытой камерой коллектора двухслойный пакет не выдерживает и трескается.

Рекомендации по сборке

Процесс изготовления солнечного коллектора настолько очевиден, что расписывать пошаговые инструкции не имеет смысла. Задача – смастерить максимально герметичную камеру, установив внутри теплообменник на металлическом абсорбере. Мы просто дадим ряд советов, дабы уберечь вас от ошибок:

1. Трубы теплообменника можно укладывать продольно либо спиралью (улиткой). Расстояние между соседними линиями (витками) делайте небольшим – от 1 до 4 см.
2. Воздухонепроницаемость корпуса достигается промазыванием стыков силиконовым герметиком либо прокладыванием резиновых уплотнителей.
3. Трубки крепятся к основанию любым удобным способом – пластмассовыми хомутиками, металлической полосой либо просто фиксируются по бокам саморезами.
4. Вся внутренняя полость окрашивается термостойкой эмалью черного цвета (продается в аэрозольных баллончиках).
5. Толщина теплоизоляционного слоя на задней стенке водонагревателя – минимум 50 мм.
6. Сверху проще всего натянуть прозрачную пленку — это лучший вариант для опытного экземпляра. Впоследствии ее нетрудно заменить стеклом.

Еще рекомендация. Деревянные детали стоит обработать антисептиком. Раму, сваренную из стальных профилей, покройте грунтовкой и 2 слоями светлой краски.

После сборки панели теплоприемника заполните змеевик водой и проверьте на герметичность. Затем проведите испытания солнечного коллектора — подключите вывода к баку, установите аппарат на солнце и измерьте температуру воды, учитывая время нагрева. На основе реальных показателей несложно выяснить производительность водонагревателя.

Процесс изготовления самодельного коллектора с медным теплообменником смотрите на видео:

Схема подключения

Коллектор, предназначенный для подогрева воды в душе, подсоединяется к накопительному баку по самотечной схеме. Важное условие: гелиоустановка должна располагаться ниже основной емкости, чтобы горячая вода меньшей плотности поднималась по трубе и вытесняла холодную. Конструкция такой системы показана на чертеже.

При подключении к бойлеру либо теплоаккумулятору солнечный коллектор выступает как полноценный источник тепла. Производители гелиосистем предлагают использовать двухтрубную напорную схему, включающую обязательные элементы обвязки:

• циркуляционный насос, развивающий давление 0.4 Бар;
• расширительный бак мембранного типа;
• автоматический воздухоотводчик;
• клапан предохранительный, рассчитанный на срабатывание при давлении 2 Бар;
• манометр;
• термометр;
• запорная арматура, вентиль подпитки;
• контроллер с двумя датчиками температуры;
• теплоизоляция для подводящих трубопроводов.

Важный момент. Если к буферной емкости подключается батарея из нескольких коллекторов, производительность насоса и объем расширительного бачка нужно увеличить. Минимальная вместительность мембранного резервуара – 10% от общего количества теплоносителя в контуре.

Схема функционирует так:

1. Теплоприемник присоединяется к нижнему змеевику буферной емкости, где вода холоднее.
2. Контроллер посредством датчиков сравнивает температуру воды (антифриза) в подающей трубе и теплоаккумуляторе.
3. Электронный блок останавливает насос, когда температура воды в резервуаре равна либо превышает температуру теплоносителя на подаче.
4. Попадающий в контур воздух сбрасывается через автоматический клапан, установленный в верхней точке системы.
5. В случае перегрева теплоносителя из-за остановки насоса (ведь солнце выключить невозможно) сработает предохранительный клапан и стравит лишнее давление.

Самый дорогой элемент схемы – электронный блок управления. Как можно обойтись без контроллера:

• купить на Aliexpress более дешевый термостат, срабатывающий по разнице температур;
• установить таймер день – ночь и механический термостат, отключающий насос при максимальном нагреве буферной емкости.

Как работает дешевый китайский блок управления (цена — 15 у. е.), смотрите в видеообзоре:

Альтернативный воздухонагреватель

Установка подогрева воздуха делается аналогичным образом, только теплообменник выполняется из труб большего диаметра, а нагнетание обеспечивает вентилятор. Приемник излучения умельцы изготавливают из таких материалов:

• алюминиевая гофра для вентиляции;
• пластиковые бутылки, вставленные одна в другую;
• пивные банки с вырезанным дном.

В коробе выполняется 2 отверстия под воздушные трубы, внутри прокладывается мелкая сетка, исключающая попадание насекомых. Вентилятор – кулер от компьютера устанавливается на одном из отверстий, теплообменная часть окрашивается в черный цвет. Подводящие трубы утепляются и прокладываются в обогреваемое помещение. Алгоритм сборки воздушного коллектора показан в видеосюжете:

Заключение

Привлекательность солнечных обогревателей обусловлена ростом цен на энергоносители. Хотя зимой производительность коллекторов снижается, солнечное тепло дает заметную экономию по расходу топлива основным источником — котлом. Если вы хотите максимально обогревать свой загородный дом бесплатной энергией солнца, советуем обратить внимание на установки с зеркальными концентраторами. Эти крайне эффективные устройства широко применяются в странах Европы и Америки.

Отопление

Соорудить солнечное отопление частного дома своими руками – не такая и сложная задача, как кажется неосведомленному обывателю. Для этого понадобятся навыки сварщика и материалы, доступные в любом строительном магазине.

Актуальность создания солнечного отопления частного дома своими руками

Получить полную автономию – мечта каждого владельца, затевающего частное строительство. Но действительно ли солнечная энергия способна отапливать жилой дом, особенно если устройство для ее накопления собрано в гараже?

Расчет мощности солнечного коллектора

В зависимости от региона солнечный поток может давать от 50 Вт/кв.м в пасмурный день до 1400 Вт/кв.м при ясном летнем небе. При таких показателях даже примитивный коллектор с низким КПД (45-50%) и площадью 15 кв.м. может выдавать в год около 7000-10000 кВт*ч. А это сэкономленные 3 тонны дров для твердотопливного котла!

Как рассчитать необходимую площадь солнечного коллектора для бытовых нужд:

• в среднем на квадратный метр устройства приходится 900 Вт;
• чтобы повысить температуру воды, необходимо затратить 1,16 Вт;
• учитывая также теплопотери коллектора, 1 кв.м сможет нагреть около 10 литров воды в час до температуры 70 градусов;
• для обеспечения 50 л горячей воды, необходимой одному человеку, понадобится затратить 3,48 кВт;
• сверившись с данными гидрометцентра о мощности солнечного излучения (Вт/кв.м) в регионе, необходимо 3480 Вт разделить на получившуюся мощность солнечного излучения – это и будет нужная площадь солнечного коллектора для нагрева 50 л воды.

Как становится понятно, эффективное автономное отопление исключительно с использованием солнечной энергии осуществить довольно проблематично. Ведь в хмурую зимнюю пору солнечного излучения крайне мало, а разместить на участке коллектор площадью 120 кв.м. не всегда получится.

Применение солнечных коллекторов

Устройство самодельного солнечного коллектора

Для уверенного в своих силах мастера собрать тепловой коллектор не составит труда. Можно начать с небольшого устройства для обеспечения горячей воды на даче, а в случае успешного эксперимента перейти к созданию полноценной солнечной станции.

Плоский солнечный коллектор из металлических труб

Самый простой в исполнении коллектор – плоский. Для его устройства понадобится:

• сварочный аппарат;
• трубы из нержавеющей стали или меди;
• стальной лист;
• закаленное стекло или поликарбонат;
• деревянные доски для рамы;
• негорючий утеплитель, способный выдержать нагретый до 200 градусов металл;
• черная матовая краска, устойчивая к высоким температурам.

Сборка солнечного коллектора довольно проста:

Трубы свариваются в решетку – две горизонтальные большего диаметра, по которым будет подаваться теплоноситель, а между ними вертикальные меньшего диаметра – по которым теплоноситель будет циркулировать в процессе нагревания.</li>

Собирается рама из досок по размеру сваренной решетки.

</li>Трубы привариваются к стальному листу – он выступает в роли адсорбера солнечной энергии, поэтому прилегание труб должно быть максимально плотным. Все красится в матовый черный цвет.

</li>На лист с трубами кладется рама так, чтобы трубы оказались с внутренней стороны. Просверливаются отверстия для входа и выхода труб. Укладывается утеплитель. Если используется гигроскопичный материал, нужно позаботиться о гидроизоляции – ведь намокших утеплитель больше не будет защищать трубы от охлаждения.

</li>Утеплитель фиксируется листом ОСБ, все стыки заполняются герметиком.</li>Со стороны адсорбера кладется прозрачное стекло или поликарбонат с небольшим воздушным зазором. Оно служит для предотвращения остывание стального листа.</li>Фиксировать стекло можно с помощью деревянных оконных штапиков, предварительно проложив герметик. Он предотвратит попадание холодного воздуха и защитит стекло от сжатия рамы при нагревании и охлаждении.

Для полноценного функционирования коллектора понадобится накопительный бак. Его можно сделать из пластиковой бочки, утепленной снаружи, в которой спиралью уложен теплообменник, соединенный с солнечным коллектором. Вход нагретой воды должен располагаться сверху, а выход холодной – снизу.

Важно правильно разместить бак и коллектор. Чтобы обеспечить естественную циркуляцию воды, бак должен находиться выше коллектора, а трубы – иметь постоянный наклон.

Если же солнечный коллектор расположен на крыше дома, придется включить в систему насос, который обеспечит движение воды.

Солнечный нагреватель из подручных материалов

Если со сварочным аппаратом дружбу свести так и не удалось, можно сделать простой солнечный нагреватель из того, что под рукой. Например, из жестяных банок. Для этого в дне делаются отверстия, сами банки скрепляются друг с другом герметиком, на него же садятся в местах соединения с ПВХ-трубами. Красятся в черный цвет и укладываются в раму под стекло также, как и обычные трубы.

А вот работать с пластиковыми бутылками еще проще – достаточно нанизать их на покрашенные в черный цвет ПВХ-трубы.

Для улучшения нагревания в каждую бутылку вкладывается черная подложка, сами же бутылки создают парниковый эффект, так что не требуют накрывания стеклом.

Фасад дома из солнечных батарей

Почему бы вместо обычного сайдинга не отделать дом чем-то полезным? Например, сделав с южной стороны на всю стену солнечный нагреватель.

Такое решение позволит оптимизировать расходы на отопление сразу по двум направлениям – снизить затраты на энергоноситель и существенно сократить теплопотери за счет дополнительного утепления фасада.

Устройство просто до безобразия и не требует специальных инструментов:

• на утеплитель уложен окрашенный оцинкованный лист;
• поверх уложена нержавеющая гофрированная труба, также выкрашенная в черный;
• все прикрыто листами поликарбоната и зафиксировано алюминиевыми уголками.

Если же и этот способ кажется сложным, на видео представлен вариант из жести, полипропиленовых труб и пленки. Куда уж проще!

</li>

Способы получения «зелёной» энергии становятся с каждым годом всё более популярными. Геотермальное отопление, ветровые и солнечные электростанции позволяют экономить немалое количество денежных знаков при оплате коммуналки. Отопление от солнечных коллекторов также является одним из способов обеспечения теплом домовладение, без использования традиционных энергоносителей. В этой статье будут рассмотрены разновидности этого оборудования, критерии выбора, установки и расчета мощности.

Отопление от солнечных коллекторов: назначение, эффективность, где можно использовать

Использовать тепловой коллектор эффективно, можно только при наличии определённых условий, среди которых доступ к открытой площадке является обязательным.

Можно ли установить в частном доме

Частный дом более всего подходит для монтажа солнечного обогрева. Гелиоколлектор для отопления таких строений может устанавливаться на крыше, что позволяет минимизировать расстояние от устройства, собирающего тепловую энергию к радиаторов отопления.

Как правило, к частному домовладению примыкает земельный участок, который представляет собой открытую для солнечного света площадку.

Обратите внимание! Если по тем или иным причинам гелиоколлектор невозможно установить на кровле, то в непосредственной близости от частного дома такая установка может быть размещена на специальных опорах.

Эффективность работы

Эффективность отопления стационарными солнечными коллекторами зависит от многих факторов. Прежде всего, необходимо учитывать следующие обстоятельства при размещении такого типа оборудования:

• Количество солнечных дней в году (следует определить продолжительность беспасмурного периода в период отопления, наличие полярной ночи либо слишком короткого светового дня в зимний период являются «противопоказаниями» к установки гелиоколлектора).
• Отсутствие вместе размещения многоэтажных строений, высоких деревьев и других препятствий солнечным лучам.
• Ориентация поверхности (при размещении коллекторов на крыше).

Все перечисленные факторы очень важны, ведь при отсутствии солнечного света, в независимости от причины, эффективность такой системы будет равна нулю.

Типы оборудования

Солнечные коллекторы можно изготовить своими руками, но существует достаточно большое количество готовых моделей, которые достаточно приобрести и установить на любой подходящей для этой цели поверхности. Оборудование этого типа может существенно отличаться по мощности и принципу накопления тепловой энергии, поэтому вначале следует ознакомиться с основными разновидностями, прежде чем принять решение о покупке.

Плоский светопоглощающий

Конструкция плоского светопоглощающего коллектора является самой простой. Такая установка состоит из металлического короба, внутренняя часть которого защищена прозрачным стеклом. Такое устройство хорошо функционирует весной или в осеннее время, но, по причине большой передачи тепла от накопителя к стеклу, в зимнее время года становится крайне неэффективным.

Обратите внимание! Основное достоинство плоского солнечного коллектора заключается в относительно невысокой стоимости.

Воздушный

Воздушный солнечный коллектор также не обладает высокими показателями трансформации солнечной энергии в тепло, но в таком устройстве потери не так велики, как в плоском приборе. Основной принцип работы такого изделия заключается в парниковом эффекте. В воздушных солнечных системах отопления применяется поликарбонат, который пропускает инфракрасное излучение только в одну сторону.

Обратите внимание! Благодаря парниковому эффекту даже в пасмурную погоду может накапливаться значительное количество тепла.

Вакуумный

Вакуумный прибор солнечного отопления является одним из самых совершенных, но в тоже время сложных и дорогих устройств.

Состоит такое изделия из множества стеклянных трубок, по которым циркулирует теплоноситель. Такие элементы накопления тепла находятся в коробе, в котором практически отсутствует газовая среда. Благодаря этому, тепловые потери минимальны и устройство может быть эффективно использовано даже в зимнее время года.

Обзор популярных моделей

Обзор популярных моделей позволит получить представление об установках, которые пользуются спросом у населения. Обычно, востребованность является несомненным признаком качества. Наиболее часто покупаются коллекторы следующих моделей:

• ЯSolar VU-20 — вакуумный солнечный коллектор отечественного производства. Устройство идеально подходит для установки на кровле частного дома, ведь работоспособность изделия сохраняется практически под любым углом размещения.
• Flex — система используется в небольших помещениях. Принцип работы коллектора основан на нагреве солнечными лучами предметов чёрного цвета.
• AuroStep Plus — установка используется в качестве водонагревателя, но, при необходимости, может быть переделана для применения в системе отопления.

Перечисленные модели являются наиболее популярными гелиоколлекторами, но на рынке также могут появиться новые устройства, в которых могут применять более совершенные технологии.

Критерии выбора гелиоколлектора

При выборе теплового коллектора для отопления частного дома следует обращать внимание на следующие критерии:

• Отапливаемая площадь;
• Уровень теплопотерь;
• Площадь солнечного коллектора;
• Стоимость.

Все перечисленные критерии очень важны, поэтому, например, при наличии небольшой стоимости следует обязательно убедиться в том, что устройство имеет достаточную для обогрева помещения мощность.

Расчёт мощности и этапы монтажа

Для расчёта необходимой мощности потребуется знать величину инсоляции в регионе, где будет устанавливаться тепловое оборудование.

Среднее значение мощности установки рассчитывается умножением суммы площадей всех теплообменных трубок на величину инсоляции и КПД установки.

Установка солнечного коллектора осуществляется в такой последовательности:

• Подобрать место установки (идеально подойдёт южный скат крыши).
• Собрать солнечный коллектор (если устройство поставляется в разобранном виде).
• Произвести крепление каркаса к крыше в наиболее прочных местах.
• Закрепить на каркасе коллекторную панель.
• Подключить к выпускному и впускному патрубкам трубы контура системы отопления.
• Проверить работоспособность установки.

Если при монтаже не было допущено грубых ошибок, то качественный коллектор сразу начнёт производить тепло (при наличии солнечного света).

Нужен ли тепловой насос

Установка теплового насоса позволит наиболее эффективно использовать солнечный коллектор зимой. Такая система позволяет обогреть помещение даже при очень низких температурах окружающей среды, ведь устройство позволяет переносить тепловую энергию от менее нагретых тел с увеличением температуры. При этом расход электроэнергии будет меньше в 3 — 4 раза, чем при использовании электрокотла.

Советы и рекомендации

Советы и рекомендации помогут установить коллектор, если нет опыта выполнения подобных работ.

• Монтаж коллектора следует осуществлять только в пасмурную погоду.
• Отправляясь в отпуск, рабочую поверхность рекомендуется закрывать специальным экраном.
• Металлические трубы, подключаемые к коллектору, должны быть дополнительно изолированы.

Если есть сомнения в собственных силах, то монтаж системы солнечных коллекторов следует доверить профессиональным мастерам.

Солнечный коллектор может являться отличным источником тепла, но только при наличии достаточного уровня инсоляции в регионе. В противном случае, следует рассмотреть альтернативные способы получения тепла, например, геотермальное отопление.

Используемые источники:

• https://teplo.guru/eko/solnechnye-kollektory.html
• https://alter220.ru/solnce/solnechnyj-kollektor.html
• https://otivent.com/solnechnyj-kollektor-dlya-otopleniya
• https://svoimirukami.lesstroy.net/otoplenie/solnechnoe-otoplenie-chastnogo-doma-svoimi-rukami/
• https://www.tproekt.com/otoplenie-ot-solnechnykh-kollektorov/