Воздушный солнечный коллектор своими руками инструкция с картинками для начинающих пошаговая

Использовать неисчерпаемую и бесплатную солнечную энергию человечество начало давно. Для ее сбора существуют специальные устройства – солнечные коллекторы. С каждым годом их конструкция становится все более совершенной, но высокие цены на них пока не позволяют использовать их широко и повсюду. Поэтому люди, обладающие пытливым умом и умелыми руками, пытаются сделать солнечные коллекторы самостоятельно. И своими знаниями они готовы поделиться. В данной статье предлагается узнать, как сделать солнечный воздушный коллектор своими руками.

Что такое солнечный коллектор

Задача солнечного коллектора – собрать тепловую энергию солнечного излучения и передать ее какому-либо веществу, которое далее передаст ее «адресату». Это вещество называется теплоносителем и в качестве которых могут выступать либо жидкости (чаще всего это вода), либо газы (почти всегда это воздух).

Вода является более эффективным теплоносителем, так как ее теплоемкость гораздо выше, чем воздуха, но ее применение связано с определенными трудностями: сброс излишнего тепла летом или защита от замерзания зимой. Воздух не сможет передать такое количество энергии, зато конструкция воздушных коллекторов гораздо проще, они гораздо надежнее и безопасней. Да и сделать солнечный воздушный коллектор своими руками гораздо проще, чем водяной. Кстати, именно воздух является первым теплоносителем, который стал применять человек. Какие преимущества есть у воздуха, как у теплоносителя:

• Воздух не подвержен замерзанию и закипанию.
• Воздух не обладает токсичностью.
• Воздух не надо наделять какими-то особыми качествами (в водных системах добавляют антифризы), он всегда доступен.

Воздушные солнечные коллекторы широко применяются в системах воздушного отопления как жилых зданий, так и подвалов, гаражей, хранилищ. В каких именно странах воздушные гелиоустановки применяются наиболее широко, очень красноречиво свидетельствует диаграмма.

Видно, что наиболее экономически развитые страны нисколько не пренебрегают возможностями Солнца по нагреву воздуха. А мы, увы, пока входим в число многих 4,3% прочих.

Устройство и принцип работы воздушного солнечного коллектора

Солнечный воздушный коллектор состоит из нескольких основных частей:

• Вся конструкция коллектора помещена в прочный и герметичный корпус, который обязательно снабжен тепловым изолятором. Тепло, попавшее внутрь коллектора не должно «утекать» наружу.
• Главная деталь любого коллектора – это солнцеприемная панель, которую еще называют поглотителем или абсорбером. Задача этой панели принять солнечную энергию, а затем передать ее воздуху, поэтому она должна быть изготовлена из материала с наибольшей теплопроводностью. Такими свойствами из доступных в быту являются медь и алюминий, реже сталь. Для лучшей теплоотдачи нижнюю часть абсорбера делают как можно большей площади, поэтому могут применяться ребра, волнистая поверхность, перфорация и другие способы. Для лучшего поглощения солнечной энергии приемная часть абсорбера окрашивается в темный матовый цвет.
• Верхняя часть коллектора герметично закрывается прозрачной изоляцией в качестве которой может применяться закаленное стекло или оргстекло, или поликарбонатное стекло.

Солнечный коллектор ориентируют на юг и придают поверхности такой наклон, чтобы максимальное количество солнечной энергии попадало на поверхность. Как говорят специалисты – для максимальной инсоляции. Холодный наружный воздух естественно или принудительно попадает в приемную часть, проходит через ребра абсорбера и выходит с другой части, снабженную фланцем для стыковки с воздуховодом, ведущим внутрь отапливаемого помещения. Стоит отметить, что вариантов конструкций солнечных коллекторов существует масса и вышеописанная  показана только для примера.

Воздушное отопление при помощи солнечных коллекторов не может в нашей климатической зоне полностью заменить основное отопление, но оно будет очень хорошим подспорьем даже в морозные зимние солнечные дни.

Цены на популярные модели солнечных коллекторов

Солнечные коллекторы

Солнечный воздушный коллектор своими руками

Определение места установки и доступной площади

Прежде всего, надо определиться с местом установки солнечного воздушного коллектора, так как это сильно может повлиять на его производительность. При этом следует учесть несколько факторов:

• Воздушный солнечный коллектор следует располагать как можно ближе к тому месту, куда будет поступать подогретый воздух, так как потери в воздуховодах могут стать такими, что применение коллектора окажется нецелесообразным.
• Коллектор следует располагать на южной стороне дома или другого строения и по возможности под определенным наклоном, обеспечивающим максимальную инсоляцию. Если это недоступно, то надо стараться установить как можно ближе к южной стороне. Зависимость инсоляции от азимута и угла установки показана на диаграмме.

• Окружающие предметы, здания строения и растения не должны мешать естественному освещению поверхности коллектора.

В выбранном месте, отвечающим всем условиям, следует посмотреть какой площади солнечный коллектор можно разместить. Очевидно, что чем больше будет площадь коллектора – тем он будет производительней.

Выбор конструкции абсорбера коллектора

Абсорбер (поглотитель) – важнейшая часть любого солнечного коллектора и от его конструкции во многом будет зависеть производительность. У заводских моделей применяются детали из специальных сплавов, имеющих особое высокоселективное покрытие, но это в основном и определяет высокую цену. Наша же задача – найти такой материал, который доступен и, тем не менее, будет хорошо справляться со своей функцией – улавливать солнечное тепло и передавать его воздуху.

И таким доступным материалом является обычная алюминиевая банка из-под Кока-Колы, пива или других напитков. Как собрать нужное количество пустой тары мы описывать не будем, а лучше сосредоточимся на тех замечательных свойствах, которые позволяют использовать алюминиевые банки в качестве абсорбера:

• Во-первых, банки изготовлены из алюминия (очень редко встречаются стальные), а он имеет очень высокую теплопроводность.
• Во-вторых, все банки из-под любых напитков имеют одинаковые размеры: нижний диаметр 66 мм, верхний диаметр 59 мм, высота у банки 0,5 л – 168 мм.
• В-третьих, банки сделаны таким образом, чтобы в упаковке они размещались друг над другом, то есть они замечательно стыкуются.
• И, наконец, тонкий алюминий, из которого сделаны банки, легко обрабатывается доступным инструментом.

По мере накопления нужного количества алюминиевых банок их надо тщательно отмывать с моющим средством и просушивать. Иначе в дальнейшем они будут источать неприятный запах, с которым будет справиться сложнее.

Изготовление корпуса коллектора и его теплоизоляция

В зависимости от доступной площади размещения коллектора рассчитываются его габаритные размеры. В данной статье предлагается сделать солнечный воздушный коллектор размером 8 на 8 алюминиевых банок 0,5 л, что по габаритным размерам составит примерно 1400*670 мм. Одного листа фанеры толщиной 21 мм стандартного размера 1525*1525 мм хватит на изготовление всего солнечного коллектора, а толщина фанеры обеспечит необходимую прочность и жесткость конструкции.

Для изготовления корпуса необходимо:

Тщательно разметить лист фанеры. Для коллектора понадобится:

• Задняя стенка размером 1400*670 мм.
• Две боковые стенки 1400*116 мм.
• Две торцевые стенки 630*116 мм.
• Две направляющие для банок 630*116 мм.

При разметке стоит учесть то, что для дальнейшей обработки краев деталей надо давать припуск по 3—5 мм с каждой стороны. Чтобы нарезка происходила без сбоев лучше линии прочерчивать ярким маркером.

Резать фанеру лучше всего дисковой пилой, причем чем меньше будут зубья у диска – тем лучше. Для более ровного реза можно воспользоваться направляющей, в качестве которой можно использовать лист ДСП с заводской кромкой. Направляющую можно притянуть к листу фанеры струбцинами.

Если рез будет идти поперек волокон, то лучше предварительно острым ножом по металлической линейке прорезать верхний слой, так меньше будет сколов. После раскроя листа на детали если кромки неровные – их можно обработать фрезерной машиной по шаблону до идеально ровных и перпендикулярных.

Пришло время собирать каркас. Для этого надо:

• К задней стенке коллектора прикрепить две боковые стенки. Крепить можно мебельными шурупами 6,3*50 мм – их еще называют конфирматами. Только перед этим обязательно надо предварительно пройтись сверлом диаметром 4 мм. Для крепления можно использовать и обычные шурупы, и различные уголки. Коллектор должен иметь герметичный корпус, поэтому целесообразно промазывать скрепляемые поверхности силиконовым герметиком.

• К задней стенке, а затем и к боковым крепятся торцевые стенки. После этого проверяется правильность сборки и размеры.

Задние и боковые стенки коллектора необходимо обязательно утеплить и для этого как нельзя лучше подходит экструдированный пенополистирол (ЭППС) толщиной 2 см. Перед тем как приклеивать утеплитель к стенкам, необходимо обработать фанеру антисептическим средством или просто покрасить, так как в этих местах может конденсироваться влага.

Листы ЭППС можно приклеить к поверхности фанеры монтажной пеной, акриловыми «жидкими гвоздями», клеем «Мастер», клеем «Момент», — в любом случае он будет надежно держаться. Главное, чтобы в описании клея пенопласт был указан в качестве одной из склеиваемых поверхностей. Во время клейки утеплителя надо добиться того, чтобы все стыки были полностью закрыты. При необходимости в дальнейшем они могут «задуваться» монтажной пеной.

После того как вся внутренняя поверхность коллектора будет утеплена, ее можно обклеить отражающей теплоизоляцией, которая представляет собой основу из стеклоткани или вспененного полиэтилена и алюминиевую фольгу. Очень часто эти материалы имеют клеящую основу, что очень удобно, а если нет, то можно приклеить на любой подходящий для этого состав. Стыки обязательно надо проклеить алюминиевым скотчем.

Изготовление направляющих для абсорбера

Чтобы колонны из алюминиевых банок точно держали свою геометрию, необходимо изготовить для них направляющие. Для этого ранее были вырезаны два куска фанеры 630*116 мм, которые надо разметить и высверлить следующим образом:

• От верхней части отступить 53 мм и прочертить линию параллельную длинной стороне.
• Полученную линию разделить на 9 равных отрезков, то есть по 70 мм, поставить метки. Они будут центрами отверстий.
• Сверлом для дерева коронка-чашка диаметром 57 мм надо высверлить отверстия в фанере. Но перед этим лучше померить в нижней части банки диаметр опорного кольца устойчивости, так как размеры могут варьироваться. При необходимости выбрать другое сверло. Банка должна входить в отверстие достаточно плотно. При работе на сверло сильно не нажимают и периодически дают ему отдохнуть.

• Аналогично делается разметка на верхней направляющей. Диаметр головной части банки немного больше (57,4), чем заднего опорного кольца, поэтому перед высверливанием лучше померить его штангенциркулем и подобрать соответствующую коронку-чашку, а после примерить верх банки.

Изготовление абсорберов

Для подготовки банок к монтажу следует выполнить ряд операций:

• Все банки надо проверить постоянным магнитом. Очень редко, но встречаются банки из стали, которые надо отсортировать.
• В верхней части банки ножницами по металлу делаются надрезы от отверстия к краям, а затем эти «язычки» заправляются внутрь. Работать следует в перчатках, чтобы избежать порезов от острых краев алюминия. Направить острые язычки внутрь банки и выровнять края отверстия поможет кусок полимерной трубы, зажатой в тисках. Подобным образом обрабатываем все 64 банки.

• Настало время заняться нижней частью. Для этого коническим сверлом по металлу в донышке просверливаются три отверстия диаметром примерно 20 мм расположенные под 120° друг к другу. Для того чтобы не помять банку, ее надо поместить в упругую оправку (например, кусок трубной изоляции) и не сжимать сильно руками. Так обрабатываются все банки.

• Для склеивания банок лучше всего воспользоваться высокотемпературным клеем-герметиком High Heat Mortar на основе силикатного цемента. Его применяют для герметизации печей, каминов, дымоходов. Возможно, его огнестойкость для коллектора будет избыточной, но «запас карман не тянет».

• Для того чтобы банки во время склеивания выдерживали линию, надо изготовить шаблон из двух ровных досок, скрепленных между собой под углом в 90°. Для прилегания банок к поверхности шаблон ставят наклонно и опирают о стену.

• Перед склеиванием банки обезжиривают любым доступным растворителем (ацетон, № 646, 647). Эту работу лучше делать на улице.
• Перед началом следующего этапа на руки надо надеть резиновые перчатки, а рядом иметь емкость с водой. Склеиваемые поверхности увлажняются, из пистолета выдавливается ровной «колбаской» клей-герметик на нижнюю часть банки, а затем она стыкуется с верхней частью банки, находящейся ниже.

• Увлажненным пальцем в перчатке разравнивается выдавившийся клей так, чтобы весь стык и поверхность рядом с ним была укрыта клеем. Затем все эти операции повторяются для всех банок одного столбика (8 штук). После этого все банки ставятся в шаблон, выравниваются и прижимаются сверху грузом.
• После того как клей затвердеет, столбик снимают и аккуратно укладывают на горизонтальную поверхность. Подобным образом собирают другие столбики из банок.

• Пока полностью высыхают заготовки можно окрасить заднюю стенку солнечного коллектора и направляющие для банок в черный матовый цвет. В хороших автомагазинах всегда можно найти такую краску, предназначенную для глушителей или тормозных барабанов.

• Боковые стенки коллектора окрашивать не надо, поэтому их надо закрыть газетами, прикрепленными малярным скотчем. После обезжиривания поверхностей краску наносят в два слоя.

Сборка воздушного солнечного коллектора

• Пора начать сборку батареи абсорбера. Для этого каждый столбик укладывается в соответствующую направляющую вначале снизу, а затем сверху. Перед стыковкой банки промазываются герметиком, а потом увлажненным пальцем герметик разравнивается. На этом этапе надо быть особенно внимательным. Собирать лучше на горизонтальной поверхности. После сборки и проверки всех соединений можно аккуратно стянуть две направляющие резиновым жгутом и оставить высыхать.
• Когда вся конструкция поглотителя высохнет ее можно аккуратно поднять и поместить поверх короба так, чтобы расстояния сверху и снизу были одинаковыми. После этого делается разметка положения направляющих, ведь для их монтажа в короб придется вырезать канавку в утеплителе так, чтобы они плотно сели и уперлись в фанерный лист задней стенки. После монтажа направляющие планки крепятся с торцов через боковины мебельными шурупами-конфирматами. После этого все стыки заделываются герметиком.

• Для входа и выхода воздуха сразу надо предусмотреть отверстия, которые лучше всего сделать в задней стенке. Лучше всего для этого воспользоваться готовыми решениями в системе пластиковых вентиляционных каналов, а именно пластины настенные с фланцем, которые можно легко вмонтировать в заднюю стенку в местах входа и выхода не занятых адсорбером. Для этого в фанерном листе и утеплителе прорезается прямоугольное отверстие по размерам пластины, а затем она крепится к стенке на шурупы через слой герметика.

• Если возникнет необходимость перейти на круглый воздуховод, вмонтировать канальный вентилятор, сделать поворот и т. д., то в ассортименте производителей есть любые трубы и фасонные части, которые следует подгонять уже по месту.
• Верхнюю и нижнюю лицевую часть солнечного коллектора в местах входа и выхода воздуховодов необходимо облицевать. Для этого очень хорошо подходит вагонка, но ее сначала надо обрезать точно по размеру, а потом подрезать утеплитель на боковых и торцевых стенках коллектора ровно на толщину вагонки. После этого она приклеивается на герметик, им же обрабатываются все стыки.

• Для покраски коллектор ставится на упоры в положение близкое к вертикальному. Перед окраской поверхности обезжириваются и высушиваются. Краска наносится в несколько слоев до тех пор, пока она не укроет всю видимую поверхность. Каждый слой наносится так, чтобы не образовывались потеки. Поверхность должна получиться насыщенно-черной и матовой.

• После высыхания краски самое время смонтировать переднее стекло. Для этих целей лучше всего подойдёт акриловое оргстекло или поликарбонатное стекло. Вначале лист стекла прикладывается к поверхности, намечаются его размеры, а после уже он вырезается. Края сразу надо обработать наждачной бумагой и подогнать точно по размеру. Перед монтажом его надо тщательно очистить, особенно нижнюю поверхность и поместить в отсек с адсорбером несколько пакетиков с силикагелем. Он предотвратит появление конденсата на внутренней поверхности стекла.
• Перед тем как крепить стекло, надо все примыкающие к нему части: периметр короба и направляющие обработать герметиком. Причем необязательно герметик наносить на всю поверхность, достаточно только на торцы фанерных листов. Крепить лучше всего шурупами с пресс-шайбой, предварительно высверлив перед этим отверстия. Желательно еще и прикрыть кромку стекла специальным угловым мебельным профилем.

• Для крепления воздушного солнечного коллектора, к нему можно прикрутить кронштейны на заднюю стенку. На этом сборка самого коллектора закончена.

Подключение солнечного воздушного коллектора

Воздушный солнечный коллектор может как интегрироваться в существующую систему вентиляции, так и работать совершенно отдельно. Даже при отсутствии принудительной вентиляции неумолимые физические законы все равно будут «продвигать» нагретый воздух через коллектор, но процесс этот будет идти довольно вяло, поэтому желателен вентилятор с производительностью не менее 150 кубических метров в час.

Применение вентилятора обнажает два важных вопроса:

1. Где вентилятор ставить: на входе или выходе коллектора? Если коллектор поднимет температуру на выходе до 60—70 °C (а такое вполне возможно), то вентилятор, стоящий там долго не протянет. С другой стороны – вентилятор, стоящий на улице подвергается атмосферным воздействиям и им сложнее управлять. В большинстве случаев его все-таки ставят внутри помещения, а в жаркие дни, когда воздух и так нагрет – вентилятор просто не включают либо подключают его через тепловое реле.

1. Применение вентилятора заставляет сомневаться некоторых скептиков в целесообразности воздушного отопления. Не проще ли электроэнергию, потраченную на вращение двигателя вентилятора, направить на подогрев помещения? Но практика показывает, что вышеописанная конструкция коллектора все равно эффективна и выгодна. Разница температур наружно воздуха и на выходе из коллектора может достигать 35 °C.

При эксплуатации воздушного коллектора возникает еще один резонный вопрос: в ночное время, когда инсоляции коллектора нет, даже при неработающем вентиляторе холодный воздух будет проникать в помещение. Решение этого вопроса довольно простое. Среди комплектующих для вентиляционных систем можно найти специальные обратные клапаны, которые открываются только под напором воздушного потока. При неработающем вентиляторе клапан будет закрыт. Важно только правильно его установить, чтобы он не перекрывал воздуховод. Существуют и модели вентиляторов со встроенным клапаном, на которые следует обратить внимание.

Для быстрого прогрева теплым воздухом можно продумать систему рециркуляции, когда воздух из помещения проходит через коллектор и возвращается в то же помещение. В этом случае оправдано ставить вентилятор, который будет нагнетать воздух в коллектор, а не создавать в нем разрежение. Недостатком рециркуляции является отсутствие притока свежего воздуха.

Эксплуатация и уход за солнечным воздушным коллектором

Чтобы коллектор служил долго и безотказно необходимо соблюдать два простых правила:

• Периодически надо очищать и промывать лицевое стекло солнечного коллектора.
• В жаркие летние дни, когда нет надобности в подогреве воздуха, лучше накрыть коллектор плотной светлой тканью во избежание перегрева поверхности абсорбера.
• Чтобы вентилятор не работал вхолостую, периодически стоит проверять плотность соединений воздуховодов и их целостность.

Узнайте, как сделать солнечную батарею своими руками, а также рассмотрите принцип и порядок сборки, из нашей новой статьи.

Заключение

Подводя итоги статьи, стоит обратить внимание на несколько пунктов:

• Предложенная в этой статье модель солнечного воздушного коллектора доказала на практике свою эффективность и успешно эксплуатируется во всем мире.
• По желанию можно изготовить более мощный солнечный коллектор или соединить их несколько последовательно.
• Воздушные солнечные коллекторы можно использовать периодически. Например, для подогрева воздуха в теплицах ранней весной или для сушки сельскохозяйственной продукции осенью.

Видео: Как сделать воздушный солнечный коллектор (англ)

Видео: Слайд-шоу об изготовлении солнечного коллектора из алюминиевых банок

Принцип работы солнечных нагревателей

Прежде чем браться за изготовление самодельной гелиосистемы, стоит изучить устройство солнечных коллекторов заводского изготовления – 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 гелиоколлекторы более востребованы, поскольку могут обеспечивать работу отопления, ГВС, 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.

Устройство вакуумной трубки прямого нагрева (слева) и колбы, работающей за счет испарения / конденсации жидкости

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%.

Когда вода в баке нагрета до нужной температуры, солнечные теплообменники переключаются на бассейн с помощью трехходового клапана

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.

Приемник тепла из ПНД труб (слева) и бухт садового шланга, помещенных внутрь оконных рам (справа)

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°.

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.

Примеры самодельных теплоприемников из медных и стальных профильных труб

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.

Сквозь соты поликарбоната можно пропустить воду, нагреваемую солнцем. К торцу листа припаивается коллектор – полимерная труба

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.

Пленка — самый дешевый вариант покрытия. Одна беда: тонкий полиэтилен разрушается на морозе

Совет. Не применяйте в качестве светопрозрачного элемента готовые стеклопакеты от пластиковых окон. Зимой при большом перепаде температур между уличным воздухом и 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 панель на солнце и периодически измеряйте температуру воды, учитывая время нагрева. На основе реальных показателей несложно выяснить производительность водонагревателя.

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.

Воздушный солнечный коллектор для отопления своими руками: схема

Чтобы избежать теплопотерь за счет контакта с уличным воздухом, абсорбер самодельного коллектора помещают в хорошо утепленный деревянный корпус, закрытый сверху прозрачным пластиком (поликарбонат или оргстекло) или прочным закаленным стеклом.

У коллекторов заводского изготовления трубки абсорбера помещают в вакуумированные колбы, так что тепло в них хранится, как в термосе.

Схема сборки солнечного коллектора

В качестве теплоносителя может использоваться как воздух, так и жидкая среда — вода или антифриз. Мы рассмотрим именно воздушный коллектор, поскольку он проще в изготовлении.

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.

Еще 4 эффективных способа альтернативного отопления дома

О которых вы можете узнать в нашей следующей статье

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

Установка и подключение воздушного коллектора

Для монтажа воздухонагревателей нужно подготовить поверхность стены, сделав 4 отверстия под воздуховоды. Внутри здания гофрированные трубы разводят по комнатам, направляя в сторону пола.

Самодельные воздушные солнечные коллекторы для отопления дома подключаются к электросети, через трансформатор. При наличии навыков в качестве источника питания можно установить аккумулятор на солнечных батареях.

Теплоэффективность изготовленных своими руками воздухонагревателей существенно ниже, чем у заводской продукции. При отсутствии специальных навыков лучше использовать готовые модули. Как показывают реальные отзывы о коллекторах, оптимальный вариант для покупки из представленных на отечественном рынке: Solar Fox, Солнцедар и ЯSolar-Air.

Воздухонагреватели не используются в качестве основного источника тепла и выполняют исключительно вспомогательную функцию. В домах с солнечными воздушными коллекторами изначально устанавливают котел, покрывающий потребности в отоплении на 100%.

При грамотных расчетах и интенсивной эксплуатации, вложения окупятся в течение 1-2 лет. В случае самостоятельного изготовления коллектора, затраты вернутся уже в середине первого отопительного сезона.

Миф первый: плоские коллекторы прочнее вакуумных

Качественные плоские коллекторы немецкого производства являются довольно прочными и легко выдерживают град и тому подобные внешние воздействия. Но при желании, конечно, разбить их можно. То же самое можно сказать и о качественных вакуумных коллекторах. На практике замена стеклянных трубок на установленных вакуумных коллекторов применяется довольно редко, поскольку качественные трубки являются очень прочными и рассчитаны на долгий срок службы

А вот такой же пример с использованием стального шарика.

Также следует помнить, что в случае повреждения плоского коллектора его обычно следует менять, что является дорогостоящей и сложной задачей. При повреждении нескольких стеклянных трубок вакуумного коллектора, он все равно продолжит работать, а трубки в последующем можно заменить. Обычно при установке вакуумных коллекторов предусматривается каким образом будет проводиться замена трубок в случае их повреждения и завершения обычного срока службы (15 лет).

Актуальность организации гелиосистемы

Монтаж солнечных батарей

Перед приобретением или самостоятельным изготовлением преобразователя следует узнать – будет ли отопление частного дома солнечными батареями достаточно эффективным. Для этого необходимо провести детальный анализ всех факторов, влияющих на КПД будущей системы.

Для начала определяется показатель солнечной инсоляции. Это количество солнечной энергии, падающей на поверхность земли в конкретном регионе. От этого будет зависеть степень нагрева теплоносителя или объем генерируемого тока. Солнечные радиаторы для отопления дома в идеальном варианте должны работать независимо от сезона. Однако фактически это получается далеко не всегда.

Солнечная инсоляция

Также пассивная система солнечного отопления может изменять свою эффективность работы из-за угла наклона панели. Он же зависит от сезона. Для определения теоретически возможной энергии можно воспользоваться данными из таблицы.

Уже на основе этих данных можно сделать расчет солнечного коллектора для отопления с учетом его технических и эксплуатационных характеристик. Но кроме этого следует учитывать такие факторы:

• Местонахождение дома. Падению солнечных лучей не должны препятствовать природные или искусственные объекты – горы, высокие дома, высокий лес и т.д;
• Место для установки. Комбинированное солнечное отопление потребует большого пространства – от 2 до 10 м². Чаще всего для этого используют крышу дома. При этом она должна быть адаптирована для монтажа коллекторов или солнечных батарей;
• Требуемая тепловая мощность. Зачастую солнечные системы отопления частного дома используются в качестве вспомогательных.

Значения солнечной энергии (кВт/ч) для регионов России

Только после этого анализа можно приступать к выбору определенной схемы альтернативного теплоснабжения дома. Предварительно рассчитываются тепловые потери в доме, определяется оптимальный тепловой режим работы отопления. Если солнечный коллектор в системе отопления будет вспомогательным – к его номинальной мощности прибавляется этот же показатель основной системы теплоснабжения.

При расчете нужно учитывать массу оборудования. Поверхность кровли должна выдержать эту нагрузку.

Классификация по температурным критериям

Существует достаточно большое количество критериев, по которым классифицируют те или иные конструкции гелиосистем. Однако для приборов которые можно сделать своими руками и использовать для горячего водоснабжения и отопления, наиболее рациональным будет разделение по виду теплоносителя.

Так, системы могут быть жидкостными и воздушными. Первый вид чаще применим.

Галерея изображенийФото из Элементарный воздушный коллектор можно сделать из гофрированной трубы. Еще понадобится фольгированный жесткий утеплитель и фанера или ОСП для корпусаНа дно ящика, сколоченного по размерам примерно 0,9 х 0,9 м, укладывается теплоизоляция фольгой вверх. Затем вся система покрывается черной краской из балончикаВ торцевых стенках ящика выпиливаются отверстия для выхода отводов для воздуха. Трубу можно уложить с любым количеством витков, понадобится ее около 10 мКонструкцию надо защитить от атмосферной пыли и воды: для изготовления крышки подойдет обычное стекло, поликарбонат, оргстекло или другой подобный материалШаг 1: Сборка коллектора из гофрированной трубыШаг 2: Окрашивание солнечного прибора в черный цветШаг 3: Установка подводов для воздухаШаг 4: Изготовление крышки для солнечного прибора

Кроме этого часто используют классификацию по температуре, до которой могут нагреваться рабочие узлы коллектора:

1. Низкотемпературные. Варианты, способные нагревать теплоноситель до 50ºС. Применяются для подогрева воды в емкостях для полива, в ванных и душевых в летнее время и для повышения комфортных условий в прохладные весенне-осенние вечера.
2. Среднетемпературные. Обеспечивают температуру теплоносителя в 80ºС. Их можно использовать для обогрева помещений. Эти варианты наиболее подходят для обустройства частных домов.
3. Высокотемпературные. Температура теплоносителя в таких установках может доходить до 200-300ºС. Используются в промышленных масштабах, устанавливаются для обогрева производственных цехов, коммерческих зданий и др.

В высокотемпературных гелиосистемах используется довольно сложный процесс передачи тепловой энергии. К тому же они занимают внушительное пространство, чего не может позволить себе большинство наших любителей загородной жизни.

Процесс изготовления их трудоемок, реализация требует специализированного оборудования. Самостоятельно сделать подобный вариант гелиосистемы практически невозможно.

Высокотемпературные солнечные батареи на фотоэлектрических преобразователях в домашних условиях сделать довольно сложно

Ответственная стадия сборки

Заключительным этапом вам надо собрать корпус, который скрепит все компоненты устройства в единую конструкцию. Используя лист фанеры и деревянные бруски, нужно сбить прочный ящик. В используемых деревянных брусках заранее прорежьте пазы, в них вы потом вставите экран из поликарбоната (глубина паза около 0,5 см). Выходные отверстия для трубок можно сделать уже после того, как установите все основные компоненты. Далее, в уже собранный деревянный ящик, чтобы создать воздушный карман, вы укладываете изоляцию из минваты. Поверх минваты крепите панель со змеевиком. Края ваты подворачиваете так, чтобы змеевик не дотрагивался до стенок ящика. Нагревательная панель и панель из поликарбоната также должны иметь между собой расстояние и не прикасаться друг к другу.

Завершающая стадия состоит в обработке корпуса специальным раствором с водоотталкивающей способностью и покрывается эмалью (за исключением лицевой части).

Солнечный коллектор из старых рам

Вот и все, солнечный коллектор своими руками готов. Для того чтобы его активировать, поставьте его на опорную конструкцию, развернув лицевой частью к солнцу таким образом, чтобы лучи падали на лицевую часть под максимально прямым углом. На крыше устанавливаете бак для накопления воды, он будет служить резервуаром. К верхней части бака проведите шланг, соединенный с верхней трубкой коллектора, к нижней части от нижней трубки. Подключив воду по такой схеме, вы обеспечите работу в режиме естественной циркуляции. Согласно законам физики, горячая вода будет подыматься кверху в направлении бака, а вытесняемая холодная будет попадать в коллектор для нагрева в змеевике. Не забудьте, что к баку необходимо присоединить шланг и вентиль для забора воды из бака, а также его наполнения новой.

500 Вт солнечный воздушный коллектор из гофрированной воздуховодной трубы

С приходом холодов, каждый задумывается об обогреве своего жилья, подсобных помещений, теплиц и т.д. однако с каждым годом цены на энергоносители постоянно растут, и наибольшая статья расходов в холодное время года как раз приходится на отопление. Однако эту статью расходов можно уменьшить, если в качестве дополнительного отопления использовать бесплатную энергию солнца. при помощи нехитрого устройства – солнечного воздушного коллектора. который можно изготовить своими руками.

Коллекторы из подручных материалов

Изготовление абсорберов

Трубки собираем следующим образом:

1. Стенка, закрывающая банку сверху (в которой имеется отверстие) разрезается ножницами по металлу на «лепестки», которые загибаются внутрь. Отгибать «лепестки» удобно путем насаживания банки на пластиковую трубу максимально возможного диаметра (чтобы проходила внутрь банки).
2. В донышке каждой банки коническим сверлом нужно выполнить 3 отверстия диаметром 20 мм, так чтобы их центры находились в вершинах равностороннего треугольника.
3. Теперь из банок можно собирать трубки — по 8 шт. в каждой. Места соединений банок следует проклеивать высокотемпературным герметиком для дымоходов, например, марки High Heat Mortar. Данный состав следует наносить на предварительно обезжиренную и увлажненную поверхность. Состав разравнивают пальцами, надев резиновые перчатки, которые также следует смочить водой.

Чтобы трубки получались идеально ровными, банки при сборке следует укладывать в шаблон, сбитый из двух досок и имеющий форму равнополочного уголка. Он устанавливается под небольшим углом к вертикали (можно опереть о стену).

На только что собранную трубку, находящуюся в шаблоне, сверху до полного отвердения герметика нужно установить груз.

Варианты исполнения воздушных коллекторов

Технология в общем виде

Короб с абсорбером всегда устанавливается на южной стороне строения, на фасаде или на крыше. Габариты выбираются в зависимости от объёма отапливаемого помещения. В принципе, размер ограничен только габаритами самой стены помещения и финансовыми возможностями. Первым делом изготавливается каркас коллектора. Можно использовать брус или доски.

Если делаете из досок, то каркас всё равно придётся усилить брусом. Перекрытия из бруса нужно сделать по длине корпуса из расчёт 1 на 1─1,5 метра. Без этого не будет достигнута прочность конструкции. При использовании стекла или стеклопакета в качестве покрытия каркас нужно упрочнить обязательно. Иначе стекло долго не проживёт.

Корпус для воздушного солнечного коллектора

После изготовления корпус закрепляется на стене дома. Все щели, которые имеются между корпусом и стеной изолируются монтажной пеной. По боковым сторонам делаются входное и выходное отверстия для подачи и отвода воздуха. Патрубки от них должны сразу входить в дом, а отрезок снаружи нужно обмотать теплоизоляцией.

Что касается абсорбера, то можно встретить разные варианты. Некоторые из них будут описаны ниже. Лучше всего на эту роль подходит сетка из металла. Хорошую эффективность даёт использование перфорированных металлических листов. На роль металла лучше всего подходит алюминий, поскольку имеет высокую теплопроводность и умеренную стоимость. Нагрев будет зависеть и от площади сетки или пластины. Чем она больше, тем лучше будет нагреваться воздух. Но многие из нас имеют ограниченные финансовые возможности и такую роскошь, как алюминиевая сетка может позволить не каждый. Так, что в большинстве случаев используется простая металлическая сетка. Поверхность абсорбера покрывается чёрной матовой краской для увеличения селективных свойств.

На отверстия нужно сделать клапан, чтобы в холодное время года обратно в помещение не поступал холодный воздух. Для этой цели можно использовать кусок полиэтилена, который крепится на отверстии за верхнюю часть. Кроме того, необходимо на входе в коллектор установить мелкую сетку, выполняющую роль фильтра. Это защита от падания пыли и грязи. Если этого не сделать, стекло или поликарбонат быстро загрязнятся и пропускание солнечных лучей (значит, и КПД) значительно ухудшится. Периодически сетку нужно промывать, чтобы устранять пыль, и поддерживать пропускную способность на нормальном уровне.

Абсорбер воздушного солнечного коллектора

Потом нужно установить прозрачный защитный слой. Это может быть закалённое стекло, разные виды поликарбоната, прозрачный шифер, стеклопакет или что-то другое. Главное, не забыть, что короб солнечного коллектора должен быть герметичным, и надёжно заделать все щели. Стеклопакет подойдёт лучше всего, но он стоит гораздо дороже, зато есть разные виды более доступного поликарбоната. По такой схеме можно сделать своими руками обогрев курятника или любого другого хозяйственного строения.

Потом устанавливается защитный слой на верхнюю часть солнечного коллектора. Если используется стекло, то оно должно быть закалённым. А также применяют прозрачный шифер, стеклопакеты, поликарбонат. Чтобы короб был герметичен, нужно все швы заделать герметиком. В результате можно изготовить просто воздушный коллектор для обогрева хозяйственных построек или помещения в доме.

С использованием водосточных труб

Подобные солнечные коллекторы располагают на всю стену обогреваемого помещения. Осенью и весной такая установка позволяет существенно экономить на тепловом отоплении. Материалы подбираются с учётом габаритов. Каркас выполняется их досок, усиленных брусом, а задняя стенка из влагостойкой фанеры. Лучше взять толщиной не менее 10 мм. Абсорбер изготавливается из водосточных труб. Хорошо, если они будут прямоугольной формы. В качестве подложки берётся тонкий алюминиевый лист. Минеральная вата идёт на утепление задней стенки, а пенополистрол – на боковые стенки корпуса.

Воздушный коллектор из водосточных труб

В целом порядок сборки коллектора из водосточных труб ничем особенно не отличается от стандартной технологии, описанной выше. Сначала изготавливается деревянный корпус в виде открытого ящика. Его глубина должна быть на 2─3 сантиметра выше диаметра труб. После изоляции задней и боковых поверхностей, на дно укладывается минеральная вата. Она накрывается алюминиевым листом и к нему монтажной лентой и саморезами прикрепляются трубы. Длина водосточных труб должна быть такой, чтобы от одного из торцов они заканчивались на расстоянии 20 сантиметров. Их края фиксируются перегородкой из дерева с вырезами под трубы. Входное и выходное отверстие располагаем с одной стороны, а с противоположной делаем перегородки, которые будут разграничивать воздушные потоки.

После монтажа все внутренности воздушного коллектора окрашиваем в чёрный цвет. После высыхания укладывается стекло или поликарбонат. По швам всё тщательно герметизируется. После этого солнечный коллектор устанавливается на южной стороне дома. Рекомендуется сделать надёжные опоры или даже прикрепить его к зданию. Далее к вентиляции дома подключаются патрубки и устанавливается вентилятор, выполняющий принудительную вентиляцию.

Воздушный коллектор на окно

Чтобы не возводить большие конструкции был придуман вариант с воздушным коллектором на окно. Он имеет небольшой вес и легко может быть снят. Нужно сказать, что такой коллектор достаточно эффективен и может неплохо прогреть помещение. Выполняется он из алюминия.

Для изготовления каркас используют алюминиевые рамки. На стеклопакет творение можно будет закрепить, как и москитную сетку.

Воздушный коллектор на окно

Для изготовления задней стенки используется лист алюминия средней толщины. В этом случае он не будет мяться. В задней стенке просверливается пара рядов отверстий в нижней и верхней части. В нижние отверстия будет забираться холодный воздух, а из верхних будет выходить нагретый. Сильно нагреваться он, конечно, не будет. Но тёплый – это вполне реально. Алюминиевый лист можно закрепить, используя фольгированный скотч. Им можно прихватить лист посередине и по углам. Для укрепления задней стенки ещё можно установить профиль из алюминия.

В качестве абсорбер может быть использована фольга чёрного цвета, используемая в фотографии. Но найти её проблематично. И обычно проблема решается установкой алюминиевого листа, покрашенного в чёрный цвет. По габаритам этот лист соответствует задней стенке. Крепите его тем же фольгированным скотчем ставите верхнюю рамку. Сверху она фиксируется тем же скотчем по периметру.

На роль пропускающего солнечный свет покрытия годится плёнка. Можно взять ту, в которую оборачивают продукты. У коллектора корпус должен герметичен. После сборки солнечный коллектор устанавливается на окно, выходящее на южную сторону.

Солнечный воздушный коллектор из профнастила

Этот вид чем-то напоминает конструкцию из водосточных труб квадратного сечения, но он проще и сделать его можно быстрее. Под него изготавливается короб необходимого размера из досок и бруса. Дно выполняется из фанеры, на которую кладётся минеральная вата. Не забудьте в дне сделать отверстие для выхода воздуха. Далее укладывается профнастил и окрашивается в чёрный матовый цвет. Профнастил должен быть с высоким профилем. В листе проделывается перфорация, чтобы мог проходить воздух.

Воздушный коллектор из профнастила

Сверху конструкция обшивается поликарбонатом и проводится тщательная изоляция. Естественно, в корпусе должно быть отверстие для всасывания холодного воздуха и выхода нагретого. У последнего нужно установить вентилятор. Солнечный воздушный коллектор подобного типа обеспечивает нагрев примерно на 20─25 градусов по сравнению с наружным воздухом. И этого вполне достаточно для поддержания микроклимата. При этом ещё постоянно идёт приток свежего воздуха.

Вот такие есть варианты солнечных воздушных коллекторов. Есть ещё масса вариаций. Например, из пивных банок. Все примеры в одной статье не охватить.

Компактный, оконный, солнечный воздушный коллектор

При желании, можно сделать более практичный солнечный воздушный коллектор, который в любую минуту можно снять и отправить в кладовку, и с этим справится любая домохозяйка, не прибегая к помощи мужской силы.

подробнее…

Как рассчитать тепловую эффективность солнечного воздушного коллектора

Очевидно, что блок из воздушных солнечных коллекторов компактнее солнечных панелей, и характеризуется меньшими потерями, которые возникают при конвертации одного вида энергии в другой.

Рентабельным данный вид «зелёной» энергетики становится тогда, когда отношение собираемой солнечной энергии к доступной в данной местности максимально.

Общее количество энергии выражается в кВт×ч / (м²×день). Считается, что в ясный солнечный день среднее количество прямой солнечной энергии, доступной на 1 м² площади в час, должно быть не менее 1 кВт.  Но коллектор — это тонкая труба, изготовленная из металла с высокой теплопроводностью, поэтому тепловые потери в самом коллекторе минимальны. Следовательно, эффективность воздушного коллектора будет зависеть от:

1. Активной площади коллектора (той, которая подвергается воздействию солнечных лучей).
2. Количества коллекторных труб.
3. Расположения коллекторов относительно главного направления лучей.
4. Длины и сложности трассы транспортирования нагретого воздуха.

В случае самостоятельного обустройства воздушного коллекторного отопления измерить эффективность коллектора можно только при помощи высокотемпературного термометра. Далее (поскольку рискованно надеяться на самопроизвольное вытеснение разогретого воздуха с увеличенным объёмом в помещения) потребуется вентилятор. Поскольку система будет иметь разомкнутый контур, то собираемое коллектором в единицу тепло будет прямо пропорционально разнице температур и теплоёмкости воздуха времени. Умножив это значение на продолжительность работы коллектора и пренебрегая потерями излучения от скользящего действия лучей, получим суммарное значение плотности теплового потока. Сравнив его с номинальным (1 кВт), выясним эффективность работы коллектора.

Теперь всё, что нам нужно – это пиранометр для проверки интенсивности солнечного света.  Наличие этого прибора избавит от трудоёмких измерений эффективности коллектора в различных погодных условиях. Наиболее удобны пиранометры типа ICB200-03, которые можно приобрести или арендовать.

Кому не хотелось бы уменьшить затраты на отопление, тем более в условиях постоянного роста стоимости энергоносителей?

Самый простой способ добиться этого состоит в усвоении солнечного тепла, которое можно потреблять без каких-либо преобразований.

Конечно, зимой оно поступает в наши широты в весьма скудных количествах, но и этим пренебрегать не стоит. Тем более что для его сбора потребуется крайне простое и дешевое устройство, которое легко можно изготовить самостоятельно.

В данной статье мы как раз и поговорим о том, как сделать воздушный солнечный коллектор своими руками для отопления дома — устройство, схемы, конструкции.

Устройство и принцип работы солнечного коллектора

По своему устройству солнечный коллектор противоположен радиатору системы отопления. Если стенки радиатора нагреваются от теплоносителя, то в коллекторе, наоборот, теплоноситель нагревается от стенок.

Сами же стенки, в свою очередь, нагреваются за счет поглощения солнечного тепла (их окрашивают в черный цвет), в силу чего эту часть коллектора обычно называют абсорбером.

Материал абсорбера должен обладать высокой теплопроводностью, поэтому в домашних условиях его следует делать из меди или алюминия. В коллекторах заводского изготовления абсорбер выполняют из особых сплавов, для которых характерна не только высокая теплопроводность, но и малая интенсивность инфракрасного излучения.

Площадь контакта теплоносителя с абсорбером по понятным причинам целесообразно делать как можно большей, поэтому последний обычно оснащают ребрами или аналогичными конструктивными элементами.

Воздушный солнечный коллектор для отопления своими руками: схема

Чтобы избежать теплопотерь за счет контакта с уличным воздухом, абсорбер самодельного коллектора помещают в хорошо утепленный деревянный корпус, закрытый сверху прозрачным пластиком (поликарбонат или оргстекло) или прочным закаленным стеклом.

У коллекторов заводского изготовления трубки абсорбера помещают в вакуумированные колбы, так что тепло в них хранится, как в термосе.

В качестве теплоносителя может использоваться как воздух, так и жидкая среда — вода или антифриз. Мы рассмотрим именно воздушный коллектор, поскольку он проще в изготовлении.

Определение места установки и доступной площади

Место установки коллектора должно удовлетворять следующим требованиям:

1. Прибор следует располагать как можно ближе к потребителю, то есть помещению, в которое поступает нагретый воздух.
2. Панель должна смотреть по возможности строго на юг или как можно ближе к данному направлению. При этом ее поверхность крайне желательно расположить под прямым углом к солнечным лучам, вследствие чего потери из-за отражения окажутся минимальными.
3. На место установки коллектора не должна падать тень от деревьев, труб или зданий.

Выбор конструкции абсорбера коллектора

Абсорбер предлагается сделать трубчатым, то есть состоящим из нескольких параллельных трубок, объединенных на входе и выходе распределительными гребенками.

В этом случае для изготовления данной части коллектора можно применить весьма доступный и удобный материал — алюминиевые банки для газированных напитков.

Для этой цели они подходят идеально, так как обладают целым рядом достоинств:

1. Алюминий, как уже говорилось, обладает высокой теплопроводностью.
2. Тонкую стенку банки легко можно разрезать обычным ножом.
3. В подавляющем большинстве случаев банки для напитков имеют стандартизированный размер ( при объеме в 0,5 л — 168х66 мм).
4. Ради удобства хранения и транспортировки банкам специально придают такую форму, чтобы они хорошо стыковались одна с другой (верхний край сужают до диаметра 59 мм, а днищу придают вогнутую форму).
5. После употребления содержимого банку обычно выбрасывают в мусор, поэтому для будущего владельца коллектора этот материал является абсолютно бесплатным.

Иногда банки изготавливают из стали. Выявить такие емкости несложно, так как в отличие от алюминиевых, они притягиваются к магниту. Их следует отбраковывать.

Изготовление корпуса коллектора и его теплоизоляции

Предлагаемый к изготовлению коллектор будет состоять из 8-ми трубок по 8 банок в каждой. При этом его корпус будет иметь размеры 1400х670 мм. Для изготовления всех элементов ящика (корпуса) потребуется лист фанеры размером 1525х1525х21 мм. Из него необходимо вырезать следующие детали:

1. Днище размером 1400х670 мм — 1 шт.
2. Стенки размером 1400х116 мм — 2 шт.
3. Детали размером 630х116 мм — 4 шт (2 используются в качестве стенок, другие 2 — в качестве направляющих для банок).

Края деталей скорее всего придется обрабатывать, на что при разметке следует оставлять припуск от 3-х до 5-ти мм.

Поскольку коллектор будет устанавливаться снаружи, все деревянные детали необходимо обработать антисептиком или окрасить.

При сборке ящика детали скрепляются посредством уголков и каких-нибудь шурупов, например, мебельных размером 6,3х50 мм (их называют конфирматами). Отверстия под установку таких шурупов выполняются сверлом диаметром 4 мм.

Каждую деталь при сборке необходимо сажать на силиконовый герметик, чтобы ящик оказался герметичным.

Изнутри днище и стенки оклеиваются пенопластом толщиной 20 мм, а затем — любой фольгированной теплоизоляцией (фольгой внутрь, то есть к абсорберу).

Изготовление направляющих для абсорбера

В каждой из направляющих при помощи коронки нужно высверлить по 8 отверстий, диаметр которых соответствует диаметру банки. При этом банка в отверстие должна сидеть достаточно плотно.

Направляющие устанавливаются с двух сторон в ящике, а трубки абсорбера — между ними.

Таким образом, банки в трубке оказываются прижатыми друг к другу без каких-либо фиксаторов.

Изготовление абсорберов

Трубки собираем следующим образом:

1. Стенка, закрывающая банку сверху (в которой имеется отверстие) разрезается ножницами по металлу на «лепестки», которые загибаются внутрь. Отгибать «лепестки» удобно путем насаживания банки на пластиковую трубу максимально возможного диаметра (чтобы проходила внутрь банки).
2. В донышке каждой банки коническим сверлом нужно выполнить 3 отверстия диаметром 20 мм, так чтобы их центры находились в вершинах равностороннего треугольника.
3. Теперь из банок можно собирать трубки — по 8 шт. в каждой. Места соединений банок следует проклеивать высокотемпературным герметиком для дымоходов, например, марки High Heat Mortar. Данный состав следует наносить на предварительно обезжиренную и увлажненную поверхность. Состав разравнивают пальцами, надев резиновые перчатки, которые также следует смочить водой.

Чтобы трубки получались идеально ровными, банки при сборке следует укладывать в шаблон, сбитый из двух досок и имеющий форму равнополочного уголка. Он устанавливается под небольшим углом к вертикали (можно опереть о стену).

Сборка воздушного солнечного коллектора

Уложив трубки на горизонтальную поверхность в виде батареи, каждую из них с одной стороны смазывают герметиком и устанавливают в направляющую. С другой стороны на батарею устанавливают вторую направляющую — также с применением герметика. До отвердения герметика направляющие следует стянуть бельевой резинкой. На этом этапе батарею вместе с направляющими сверху нужно окрасить черной матовой краской.

Далее собранный абсорбер устанавливается в ящик. Перед этим в пенопласте следует вырезать пазы под направляющие. Имеющееся с каждой стороны пространство между стенкой ящика и направляющей будет играть роль распределительной гребенки. В этом месте в днище панели следует вырезать отверстия для подключения коллектора к воздуховодам. Сверху это пространство нужно зашить пластиковой вагонкой.

Над абсорбером устанавливается лист прозрачного пластика (оргстекло из поликарбоната или акрила), который сажается на герметик и прикручивается к стенкам шурупами с пресс-шайбой.

Подключение

Коллектор закрепляется на крыше посредством кронштейна и подключается к двум воздуховодам, ведущим внутрь помещения. На входном воздуховоде следует установить вентилятор производительностью около 150 куб. м/ч.

Эксплуатация и уход

Придерживайтесь следующих правил:

1. Периодически мойте прозрачную пластиковую крышку над абсорбером.
2. Летом накрывайте панель светлой тканью, чтобы она не перегревалась.

Периодически проверяйте герметичность соединений, особенно по пути следований подогреваемого воздуха.

Признаком разгерметизации трубок абсорбера служит запотевание пластиковой крышки.

Видео на тему

Воздушный солнечный коллектор: принцип работы и эффективность обогрева дома. Установка, подключение и технология изготовления

Энергетика – крупнейший сектор экономики. Потребности в энергии растут на 1% ежегодно, что дало мощный импульс развитию «зелёной» энергетики, черпающей ресурсы из возобновляемых источников.

Если посмотреть вокруг, энергия разлита повсюду, и этот бесплатный источник нужно только умело использовать, чтобы решить стоящие перед человеком задачи. Ветер, волны, течения, термальные воды и солнце способны одарить человечество дешёвым электричеством и теплом с избытком. И люди уже пробуют переходить на «зелёную» энергию даже в масштабах частного домовладения.

Особое место среди множества видов альтернативной энергетики принадлежит солнечному отоплению. Здесь не требуется закупка дорогостоящего оборудования – газгольдера, отопительного газового или твердотопливного котла. Не придётся осуществлять сложный монтаж, получать разрешение энергетической инспекции.

солнечный модуль

Не нужно закупать уголь, дрова, топливные брикеты, вызывать газовый заправщик. Всё, что требуется – как можно больше солнечных дней в году, а также максимальная площадь стен и кровли, где может быть установлен воздушный солнечный коллектор для отопления.

Устройство воздушного коллектора

Солнечное отопление не преобразует энергию с помощью фотоэлементов в электричество, а концентрирует тепло, перенося его внутрь дома.

воздушный солнечный коллектор

Нагревательные системы, утилизирующие солнечное тепло, применяются для локального нагрева воздуха.

Через проложенные каналы поток горячего воздуха циркулирует в системе солнечного отопления, благодаря чему происходит обогрев внутренних помещений.

солнечный вакуумный коллектор

Варианты конструкций

Известны два вида солнечных нагревателей, осуществляющих нагрев с помощью парникового эффекта:

1. Пассивные – обеспечивают естественную циркуляцию воздуха по каналам.
2. Активные – осуществляют перенос рабочей среды принудительно.

Конструкции систем обогрева на основе солнечных коллекторов также различаются по принципу подачи воздуха. Когда воздушная масса захватывается снаружи, после чего подогревается и уходит в помещения, это называется вентиляционной системой.

Солнечная панель ONE-SUN

Если же прохладный воздух, нуждающийся в подогреве, берётся внутри комнаты, а после прогрева в коллекторе возвращается, то это рециркуляционный вариант.

Работает парниковый эффект

Панельные воздушные коллекторы, обогревающие помещения с помощью солнечной энергии – неисчерпаемый источник бесплатного тепла.

солнечный вакуумный коллектор

Модули различных масштабов могут использоваться в теплицах и дачных домиках, в частных домах, на турбазах, в коттеджах и городских квартирах. Блок средних размеров производит до 2 кВт/час, чего хватает для создания комфортных условий в комнатах в межсезонье.

Отзывы о воздушном солнечном коллекторе гласят, что даже в зимнее время устройство продолжает эффективно работать, позволяя наполовину снизить расход топлива для отопительного котла.

• Принцип работы воздушного коллектора основан на законах физики, знакомых всем ещё со школы.
• Поглощая видимый свет, прошедший сквозь стекло, поверхность нагревается и начинает генерировать тепловое излучение, для которого стекло является непреодолимой преградой.
• Тепло накапливается под стеклом, нагревая воздух, который начинает подниматься. За счёт естественной циркуляции осуществляется перенос тепла внутрь помещений.

Солнечный коллектор с селективным покрытием

При необходимости – когда нагретый воздух движется слишком медленно, успевая отдать приобретённое тепло в наружную среду – систему дополняют вентилятором, работающим на электричестве от фотоэлементов.

Итак, стандартная панель коллектора представляет собой систему адсорберов, размещённую внутри теплоизолированного короба, закрытого прозрачной крышкой (стеклопакет, поликарбонат). Использование стекла позволяет наладить отбор тепла даже в Сибири. Но применим и поликарбонат. Хотя он обеспечивает более низкий КПД, но стоит дешевле.

Комплект для установки солнечного коллектора Smart Pool SunHeater

Адсорбер создаётся из алюминия или меди, имеющих селективное покрытие, поглощающее максимум энергии.

Революционное изобретение

Инженерная мысль не стоит на месте. Недавно разработчики предложили революционный вариант солнечного воздушного коллектора, который из-за простоты изготовления и высокой эффективности кажется несуразным.

Солнечная панель DELTA Battery

Однако эта система продуктивно работает, утилизируя солнечное тепло даже зимой.

• SolarWall даже не имеет покрытия, а цена на солнечный воздушный коллектор минимальна.
• Поглотитель тепла выполнен в виде рифлёного металлического листа с тысячами мелких отверстий.
• Изнутри эти отверстия открываются в систему воздушных каналов. Мельчайшие отверстия принимают солнечный свет и отражённые от снега лучи, а дополнительный подогрев происходит за счёт нагретой стены.

Эффективность системы почти игрушечной SolarWall такова, что она причислена к числу величайших творений индустриальной эпохи. В Канаде с помощью этих коллекторов обогревается более половины инфраструктурных объектов и коммерческих сооружений.

Солнечная панель

Солнечный коллектор своими руками

Протапливать хозяйственные постройки в зимнее время – слишком дорогое удовольствие. Теплицу, птичник или свинарник намного выгоднее отапливать с помощью бесплатной энергии солнца.

• Воздушный солнечный коллектор своими руками в силах соорудить любой домашний мастер, умеющий держать в руках инструмент. Затраты на исходные материалы минимальны, а усилий на поддержание работы и обслуживание это устройство вообще не требует.
• Жаль, конечно, что в наших широтах зимой много хмурых дней, когда догревать воздух в помещениях придётся традиционными способами. Но зато в яркие зимние дни и межсезонье, когда на дворе ярко светит солнце, коллектор сумеет довести температуру до комфортной даже во время морозов.
• Планируйте установить коллектор только с южной стороны. Выбрав подходящее место, нужно снять размеры, чтобы по ним изготовить короб. Для каркаса подойдут брусья любого размера.
• В роли адсорбера будет выступать перфорированный металлический лист, выкрашенный тёмной краской для повышения селективных способностей.

Не забудьте защитить выходное отверстие, из которого в помещение поступает подогретый воздух, клапаном, чтобы в пасмурные дни внутрь не шла холодная воздушная масса.

С наружной стороны короб необходимо застеклить стеклом, поликарбонатом или прозрачным шифером. В последнюю очередь производится герметизация.

Эффективность устройства

Чтобы произвести расчет солнечного воздушного коллектора, придётся учесть множество факторов:

• Активная площадь адсорбера;
• Количество воздушных каналов;
• Угол относительно положения солнца;
• Протяжённость трассы воздушных каналов.

Солнечный модуль OS

Считается, что эффективным этот вид отопления становится в случае, когда средний объём солнечной энергии, поступающей на один квадратный метр адсорбера, превышает 1 кВт.

Солнечный модуль

Фото воздушного солнечного коллектора

Солнечный коллектор с селективным покрытием

воздушный солнечный коллектор

солнечный коллектор