Как сделать солнечный коллектор для отопления своими руками: пошаговое руководство

Виды

Стандартное устройство имеет вид металлической пластины, которая помещена в пластмассовый или стеклянный корпус. Поверхность этой пластины аккумулирует солнечную энергию, задерживает тепло и передаёт его для различных бытовых нужд: отопление, подогрев воды и т.д. Интегрированные коллекторы бывают нескольких видов.

Накопительные

Накопительные коллекторы ещё называют термосифонными. Такой солнечный коллектор своими руками без насоса получается наиболее выгодным. Его возможности позволяют не только подогревать воду, но и поддерживать температуру на необходимом уровне некоторое время.

Такой солнечный коллектор для отопления состоит из нескольких баков, наполненных водой, которые находятся в теплоизоляционном ящике. Баки накрыты стеклянной крышкой, через которую пробиваются солнечные лучи и подогревают воду. Этот вариант наиболее экономичен, прост в эксплуатации и в обслуживании, но его эффективность в зимнее время практически равна нулю.

Плоские

Ппредставляет собой большую металлическую пластину – абсорбер, который находится внутри алюминиевого корпуса со стеклянной крышкой. Плоский солнечный коллектор своими руками будет более эффективен при использовании именно крышки из стекла. Поглощает солнечную энергию через градостойкое стекло, которое хорошо пропускает свет и практически его не отражает.

Внутри ящика присутствует термоизоляция, что позволяет значительно снизить теплопотери. Сама пластина имеет низкий КПД, поэтому она покрыта аморфным полупроводником, который значительно увеличивает показатель аккумуляции тепловой энергии.

При изготовлении солнечного коллектора для бассейна своими руками, часто отдают предпочтение именно плоскому интегрированному устройству. Впрочем, он не хуже справляется и с другими задачами, такими как: подогрев воды для домашних нужд и отопление помещения. Плоский – самый широко используемый вариант. Абсорбер для солнечного коллектора своими руками предпочтительно делать из меди.

Жидкостные

Из названия понятно, что главным теплоносителем в них выступает именно жидкость. Водяной солнечный коллектор своими руками делается по следующей схеме. Через поглощающую солнечную энергию металлическую пластину, тепло передаётся по прикрепленным к ней трубам в бак с водой или незамерзающей жидкостью или прямо к потребителю.

К пластине подходят две трубы. Через одну из них подаётся холодная вода из бака, а через вторую в бак поступает уже подогретая жидкость. У труб обязательно должны присутствовать отверстия входа и выхода. Такую схему подогрева называют замкнутой.

Когда же подогретая вода напрямую подаётся для удовлетворения нужд пользователя – такую систему называют разомкнутой.

Неостекленные чаще применяются для нагрева воды в бассейне, поэтому сборка таких тепловых солнечных коллекторов своими руками не требует закупки дорогих материалов – сгодится резина и пластмасса. У остекленных КПД выше, поэтому они способны отапливать дом и обеспечивать потребителя горячей водой.

Воздушные

Воздушные устройства экономичнее вышеперечисленных аналогов, использующих воду в качестве теплоносителя. Воздух не замерзает, не подтекает и не кипит как вода. Если в такой системе происходит утечка, она не приносит столько проблем, однако определить где она произошла довольно сложно. Самостоятельное изготовление не обходится потребителю дорого. Солнцеприемная панель, которая накрывается стеклом, нагревает воздух, который находится между ней и теплоизоляционной пластиной. Грубо говоря, это плоский коллектор, имеющий внутри пространство для воздуха. Внутрь поступает холодный воздух и под действием солнечной энергии подаётся потребителю тёплый.

Вентилятор, который крепится в воздуховод или непосредственно на пластину, улучшает циркуляцию и улучшает воздухообмен в устройстве. Для работы вентилятора требуется использование электричества, что не очень-то экономно.

Такие варианты долговечны и надёжны и обслуживать их проще, чем устройства, которые используют жидкость в качестве теплоносителя. Для поддержания нужной температуры воздуха в погребе или для отопления теплицы солнечным коллектором подойдёт как раз такой вариант.

На что обратить внимание при сборке солнечного коллектора для обогрева дома своими руками

При сборке солнечного коллектора очень важно предусмотреть микровентиляцию, сделав небольшие отверстия в его корпусе, чтобы исключить проблемы запотевания. Эти отверстия нужно прикрыть мембраной, которая используется при кровле крыши для того, чтобы не было сквозняка

Также следует предусмотреть особый момент при устройстве примыкания стекла к корпусу – оно не должно упираться в торцевую планку, должно обязательно выходить за борт корпуса, то есть оно должно находиться сверху на корпусе.

После того, как краска высохнет, крепим стекло к корпусу короба с помощью герметика так, чтобы весь короб был закрыт стеклом, как шкаф со стеклянной дверцей.

Какими бывают солнечные коллекторы, собранные самостоятельно?

Прежде чем приступить к самостоятельному изготовлению гелиоустановки, потребуется заранее подготовить некоторые материалы. Список их в зависимости от выбранного вида и типа может отличаться, но в любом случае потребуются:

Самым главным элементом солнечного коллектора является теплоприемник, или абсорбер, который при самостоятельном изготовлении установки может иметь самый разнообразный, в некоторых случаях даже экзотический внешний вид:

1. самый простой и доступный вариант — использовать для него змеевик вышедшего из строя холодильника;
2. коллектор можно изготовить и из обычного полипропиленового шланга, но такой вариант более подходящим является в условиях дачи, так как вполне способен обеспечить горячей водой в летнее время.

Но изготовление солнечного коллектора из подручных средств, среди которых можно назвать и пластиковые бутылки, способно лишь в некоторой степени решить проблему с производством горячей воды.

Для того чтобы гелиоустановка могла быть использована в качестве альтернативного источника ГВС дома или отопления, ее конструкция, хоть и не отличающаяся особой сложностью, требует большего внимания и, главное, трудозатрат при изготовлении.

Необходимые инструменты и материалы для монтажа солнечного коллектора

Установка солнечных коллекторов осуществляется под открытым небом. Следовательно, сама конструкция, трубопроводная система и все вспомогательные крепления со временем подвергаются разрушающему воздействию окружающей среды. На них могут появиться коррозии и деформации. Поэтому для установки используют только нержавеющие материалы.

Для монтажа солнечного коллектора используют следующие вспомогательные инструменты:

• кран или подъемник;
• строительные леса;
• кровельная лестница;
• страховочное оборудование – жилет, трос и т. д.;
• строительный уровень;
• вакуумный захват;
• изоляционный материал для труб.

От качества установки зависит надежность, эффективность и долговечность оборудования.

Гелиоустановки для систем горячего водоснабжения и отопления

Большое распространение и популярность приобрели именно солнечные коллекторы, которые применяются в качестве устройства для нагрева какой-либо жидкости (чаще всего, воды) с целью ее использования в системах горячего водоснабжения или отопления.

Другой вид оборудования для преобразования энергии солнца – батареи, которые принципиально отличаются от коллекторов тем, что сначала вырабатывают и аккумулируют электрическую энергию, а в дальнейшем ее можно использовать для хозяйственных нужд.

Но данный вид получения и переработки солнечной энергии требует приобретения дорогостоящего оборудования, главными конструктивными единицами которого являются фотоэлементы, что не всегда оправданно, особенно в регионах с небольшим количеством солнечных дней в году.

В отличие от них, солнечные коллекторы для нагрева воды или отопления дома имеют быструю окупаемость, особенно если изготовить их самостоятельно, так как в этом случае расходы составят лишь стоимость материалов, в число которых дорогие фотоэлементы не входят.

Использование солнечных коллекторов имеет очевидные преимущества:

• снижение затрат на отопление и подогрев воды для системы горячего водоснабжения;
• экологичность данного вида энергии.

Чаще всего использование коллекторов оправданно для использования в системах отопления небольших коттеджей или организации горячего водоснабжения в летний период в загородном доме или на даче. Оправдан солнечный коллектор для бассейна в качестве устройства для подогрева воды.

Объясняется это относительно невысоким КПД таких установок, который может значительно уменьшаться в пасмурные дни.

Поэтому для оптимизации расходов на отопление частного дома лучше всего использовать коллекторы совместно с традиционным оборудованием, которое изначально может быть рассчитано для этого, либо имеет возможности для переоборудования или согласования параллельного функционирования двух систем теплоснабжения.

Также стоит отметить, что, кроме регулярного обслуживания и очистки поверхности коллекторов от грязи и мусора, некоторые из них не предназначены для работы при низких температурах, поэтому перед началом зимы их нужно законсервировать, предварительно слив из системы теплоноситель.

Основные разновидности солнечных коллекторов

Солнечный коллектор представляет собой устройство, главной функцией которого является превращение поглощенной солнечной энергии в тепловую с целью ее дальнейшего использования для нагрева теплоносителя в системах отопления, в том числе и в «теплых полах» и ГВС дома.

КПД коллектора напрямую зависит от двух факторов: типа устройства и его площади, поэтому нередко для его монтажа выбирается крыша здания.

Солнечные коллекторы условно можно классифицировать, используя разные критерии. Прежде всего, они делятся по типу теплоносителя на:

• водяные (жидкостные);
• воздушные.

По уровню предельных температур коллекторы бывают:

• низкотемпературными – предел до 50°C, средний показатель 35-45 °C;
• среднетемпературными до 80°C;
• высокотемпературными – более 80°C.

Последние чаще всего являются промышленными образцами, сделать их своими руками не представляется возможным.

Конструктивно солнечные нагреватели воды могут быть:

• плоскими, которые могут быть как воздушными, так и жидкостными;
• вакуумными, использующими в качестве теплоносителя воду или иной вид жидкости;
• трубчатыми – бывают и жидкостными, и воздушными;
• термосифонными, или так называемыми накопительными интегрированными коллекторами, главным отличием которых является способность не только нагревания жидкости, но и поддержания ее температуры определенное время.

Последний вариант является самым простым как по устройству, так и по сложности изготовления и представляет собой несколько теплоизолированных емкостей с водой, а нагрев жидкости происходит через стеклянные крышки баков.

Данный тип коллекторов можно считать и самым простым в обслуживании, так как для того, чтобы он работал, необходимо лишь периодически очищать крышку емкости, но использовать его в холодное время года невозможно.

Плоские воздушные коллекторы тоже довольно просты и имеют вид специальной панели в виде герметичной коробки с теплоприемником с подключенными воздуховодами, по которым движется и нагревается воздух.

Для повышения эффективности их работы требуется увеличение их площади, например, за счет использования нескольких панелей в одной системе, а также использование вентилятора.

Общее понятие о гелиоколлекторах

Для кустарного солнечного коллектора можно использовать любые трубы, шланги, б/у или ненужные радиаторы с внутренними полостями и даже секции отопительных батарей.

Преимущество самоделки в том, что она чрезвычайно слабо подвержена поломкам, в ней ничего не перегорает, все детали можно набрать даже со свалок.

Что такое гелиоколлектор

Солнечные коллекторы — это секции с системой трубок, секций нагревающихся солнцем, аккумулирующие его тепловую энергию и передающие ее воде. Заводские приборы данного типа могут быть сложными — специальные вакуумные трубки или плоские вакуумные блоки, наполненные особой жидкостью — теплоносителем.

Вверху (наконечники) — медные колбы теплообменники, указанное нагретое вещество поднимается из полости трубок/секций в них, концентрирует там тепло. Эти элементы объединяются частью (строго говоря — коллектором), в которую поступает обрабатываемая вода, она омывает их, происходи передача ей тепла. Сверху секция может накрываться материалом (характерно для плоских моделей), способствующим притяжению и концентрированию солнечных лучей или же трубки могут оставаться не накрытыми (достаточно свойств их материала).

Не только летний душ обеспечит солнечный коллектор, для душа повседневного, хорошо теплого он тоже подойдет.

Заводская продукция, конечно же, сложнее, но в основе всех таких систем аналогичный принцип: циркуляция воды по солнечному абсорберу или его теплообменнику.

Есть более простые конструкции: вода движется в системе трубок (змеевике) в секции, накрытой притягивающем солнечные лучи материалом. Внутри обычно устанавливают черный материал, часто используют зеркальное покрытие (фольгу) — лучи будут отражаться и еще раз нагревать внутреннее пространство. Такой блок имеет определенную степень герметичности — кроме того, что нагреваются трубки, в самой среде там концентрируется тепло (как в духовке).

В самом элементарном виде солнечный коллектор — это горизонтальная плоская спираль из черного резинового шланга, накрытая притягивающем солнце темным прозрачным матовым полотном. Часто добавляют небольшой насос и фильтр. Модификаций может быть много: система ПВХ трубок, небольших пластиковых/резиновых секций — но принцип аналогичный.

Принцип работы самодельного солнечного коллектора с душем

Циркуляция основывается на естественной конвекции: более теплое вещество внутри змеевика коллектора расширяясь, приобретая меньшую плотность, поднимается, через выходной патрубок поступает в верхнюю часть цистерны-аккумулятора. Более холодный слой у днища вытесняется, перемещается по другой трубе в нижний сегмент змеевика, нагревается, снова поднимается.

Пока солнце светит, жидкость постоянно движется по описанному контуру, причем с каждым циклом внутрь змеевика она попадает уже не совсем холодная, таким образом, все более нагреваясь. Бак приподнят над солнечным абсорбером, поэтому циркуляции при ночном охлаждении теплоносителя не опрокидывается — холодный слой просто скапливается на нижней точке схемы (дно коллектора), а теплая — остается в бочке.

В среднем коллекторы выдают +50…+60° C, особо удачные конструкции — +70, качественные изделия из металла в южных районах (ниже рассмотрен медный абсорбер) могут обеспечить температуру кипения.

Как располагаются трубы, необходимость насоса

Расположение труб:

• горячая труба от коллектора — присоединяется на верхнюю часть цистерны, холодный сброс в него — внизу;
• питающая труба на случай, если бочка будет наполняться помпой, дворовым или домашним краном — с противоположной стороны вверху;
• внутри бака для подачи на душевую лейку устанавливают вертикальный отрезок трубы верхний конец оканчивается вначале верхней трети бака, чтобы забирать поступающую горячую воду, которая на верхних слоях. Можно его заменить более эффективным гибким шлангом с поплавком. Приспособить его так, чтобы конец всегда был погруженным, но сам шланг находился около поверхности — так при снижении уровня жидкости он всегда будет ее отбирать.

В систему можно добавить небольшой маломощный насос, он обязательный, если элементы расположены так, что не обеспечивают естественную циркуляцию. Если есть помпа, то бочку и коллектор по отношению друг к другу можно ставить на любой высоте.

«Летняя» схема

Данный вариант удобен для летнего душа. Если он будет располагаться на улице, то емкость, аккумулирующая горячую воду, должна монтироваться там же.

Если речь идет о разводке внутри здания, то и емкость с жидкостью нужно устанавливать в доме.

Рассматриваемая схема функционирует на основе естественной циркуляции. Коллектор нужно монтировать ниже бака, где будет скапливаться теплая вода, примерно на один метр. Это связано с различной плотностью холодной и горячей жидкости. Чтобы соединить коллектор с емкостью необходимо применять трубы с сечением от 0.75 дюйма и выше.

Чтобы эффективно сохранять воду в теплом состоянии стенки емкости нужно подвергнуть утеплению. Для этой цели необходимо использовать минеральную вату. Ее толщина должна быть минимум десять сантиметров. Если над бойлером располагается кровля, нужно дополнительно для утепления использовать полиэтилен.

Данная схема не зря называется «летней». Она способна нагревать воду исключительно в теплое время года. В холодный период жидкость необходимо сливают из системы. Иначе замерзая она может повредить используемый трубопровод.

Устройство и виды

Условно данные системы можно классифицировать на два вида:

• жидкостные (о которых мы говорим в данном материале);
• воздушные солнечные коллекторы, в которых используется не жидкость, а нагретый воздух.

Также они разделяются по КПД, ведь обеспечивают различную теплоотдачу. Это зависит от материалов, используемых для изготовления батареи, ее площади. Оптимальным местом расположения абсорбера является крыша:

• попадает максимальное количество солнечного света,
• имеет большую площадь,
• установленная на крыше батарея не занимает полезное пространство, никому не мешает.

Воздушный солнечный коллектор

Конструкция солнечного коллектора может быть нескольких видов, основные:

• вакуумный отопительный коллектор, имеющий самую сложную конструкцию. Вакуумные солнечные коллекторы отлично подходят для обогрева помещений, нагрева воды в любое время года, они полностью обеспечат небольшой дом, коттедж;
• плоский солнечный коллектор может быть жидкостным и вакуумным. Это наиболее распространенный тип поскольку достаточно прост в монтаже, при этом эффективен, может обеспечивать дом необходимым количеством тепла для обогрева помещений, водой для хозяйственных нужд;
• термосифонный — в качестве абсорбера используются стеклянные или металлические трубки;
• трубчатый — самый простой тип, изготовить который можно для дачи, достаточно примитивный, не подходит для использования в зимнее время.

Нас интересует конструкция, которая обеспечивает наличие горячей воды и отопления в доме в любое время года, остановимся на двух оптимальных вариантах, рассмотрим устройство вакуумного солнечного коллектора и плоского.

Плоский коллектор

Это наиболее распространенный вид коллектора, который можно изготовить самостоятельно. Хорошо подходит для использования в теплое время года для подогрева воды, зимой коэффициент полезного действия снижается.

Особенность конструкции состоит в следующем:

• корпус имеет плоскую прямоугольную или квадратную форму, выполнен из металла или другого материала, имеющего высокий показатель теплопроводности, покрыт черной краской;
• внутри располагают пластину, в которой уложен змеевик из медной трубки небольшого сечения;
• по трубкам циркулирует теплоноситель: вода, пропилен-гликоль, антифриз, другие подходящие жидкости;
• также внутри корпуса укладывают теплоизоляционный материал, который минимизирует потери тепла;
• собирая коллектор такого типа, нужно запастись листом поликарбоната или стекла, который будет служить крышкой и выполнять две функции: препятствовать проникновению мусора, осадков, усиливать подогрев.

Составная часть плоского солнечного коллектора

Вакуумный коллектор

Для водяного отопления можно использовать солнечные коллекторы вакуумного типа. Благодаря конструкционным особенностям они являются более мощными: способны вырабатывать тепловую энергию, которой хватит на подогрев воды и отопление помещений.

Особенности конструкции:

• минимизировать потери позволяют трубки, которые помещаются в колбах с выкачанным воздухом;
• сверху трубки покрыты абсорбционным материалом, поглощающим световую энергию, внутри — наполнены антифризом (хладагентом);
• концы трубок соединены с трубой, по которой проходит теплоноситель;
• при нагреве антифриз закипает, преобразуется в пар, который, в свою очередь, поднимается вверх и нагревает теплоноситель;
• у данной конструкции есть недостаток: если хоть одна трубка выйдет из строя, ремонт становится довольно проблематичным, так как они соединены последовательно. Придется производить замену всех «внутренностей».

Воздушная солнечная система из вакуумных трубок

Такой воздушный солнечный коллектор для отопления будет более эффективен и пригоден для того, чтобы поддерживать температуру в системе в любой сезон. Хотя в холодное время КПД работающего коллектора может незначительно снижаться из-за короткого светового дня и малой световой активности.

Совет по уходу! Обратите внимание на внутреннюю поверхность накопительного бака для воды, она со временем покрывается накипью, нужна очистка. Периодичность зависит от качества воды в местности

Простой солнечный коллектор для нагрева воды своими руками

Солнечную энергию можно использовать непосредственно для нагрева воды, предназначенной, например, для дачного душа. Принцип действия такой же, как у обычного печного отопления, только роль печки выполняет солнечный коллектор. В данном случае это уже будет полноценный гелиоколлектор, в состав которого входит бак необходимого объема и сам солнечный коллектор, который нужно поместить в деревянный короб, состоящий из двух частей, скрепленных стяжками.

И коллектор, и бак лучше зафиксировать на единой опоре, чтобы придать конструкции устойчивость. Все узлы, соединяющие коллектор с баком, лучше сделать на быстросъемных соединениях, так называемых американках, с целью демонтажа на зимние периоды.

Процесс нагрева воды устроен следующим образом:

• Бак наполняется холодной водой;
• Из бака холодная вода подается на коллектор;
• Посредством солнечной энергии вода в коллекторе нагревается и подается обратно в бак, для чего нужно предусмотреть систему сообщающихся сосудов.

Трубки абсорбера в данном случае можно выполнить из стальной профильной трубы. Полезным будет предусмотреть разборную систему конструкции, это необходимо для того, чтобы ее можно было разобрать зимой и убрать до следующего сезона.

Также необходимо предусмотреть регулируемый уровень наклона коллектора, чтобы обеспечить возможность расположения его под разным градусом наклона в зависимости от расположения солнца. Как вариант можно предусмотреть термосифонный солнечный коллектор. Основная его составляющая – это трубы из стекла, которые являются двойными и внутри которых создан вакуум между внутренней и наружной трубой. Как раз из пространства между ними выкачан воздух, сделано это для отсутствия теплопотери.

Сборка гребенки своими руками

Технология сборки коллектора включает в себя следующие этапы:

• В соответствии с размерами, указанными в проекте, заготавливается необходимое количество материалов;
• Трубы подключаются друг к другу так, как указано в проекте;
• Все трубы нужно соединить друг с другом, используя подходящий инструмент;
• Места соединения труб нужно тщательно зачистить и обработать герметиком;

• Собранный своими руками коллектор нужно обязательно проверить на предмет герметичности, закрыв все патрубки, кроме одного, и обеспечив подачу в него воды – отсутствие протечек в закрытых патрубках говорит о том, что устройство собрано правильно;
• Готовый распределительный коллектор окрашивается и высушивается;
• После застывания краски устройство можно устанавливать на подобранное для него место.

Почему стоит использовать ПНД трубы для гелиоколлектора

Полиэтиленовые трубы низкого давления чаще всего выпускаются черного цвета, поэтому не нуждаются в покраске. Это оптимальный оттенок, который позволяет изделиям поглощать максимальное количество тепла и передавать его циркулирующей жидкости.

К преимуществам солнечных коллекторов из ПНД труб стоит отнести:

• высокую устойчивость к изнашиванию;
• ударопрочность, стойкость к образованию трещин и иных механических дефектов;
• длительный срок эксплуатации (не меньше 50 лет);
• возможность применения в диапазоне температур от -60 °C до +60 °C;
• устойчивость к воздействию агрессивных химических сред;
• безвредность для окружающей среды;
• малый вес;
• удобство в работе.

Изделия весят в 5-7 раз меньше в сравнении с аналогичной продукцией, изготовленной из металла. Благодаря этому упрощается монтаж конструкции. Чаще всего они имеют большую длину, что позволяет снизить количество соединительных стыков или вовсе обойтись без них. Трубы из полиэтилена низкого давления имеют гладкую внутреннюю поверхность, что гарантирует максимальную пропускную способность трубопровода.