Солнечные водонагреватели для дома: устройство, популярные модели, характеристики, цены

Как устроена коллекторная гелиосистема?

Современная коллекторная гелиосистема устроена следующим образом. Солнечные лучи нагревают в коллекторе жидкость-теплоноситель. Эта жидкость циркулирует от коллектора к теплообменнику в нагревательном устройстве — бойлере с водой. Циркуляция осуществляется с помощью насоса. Также в состав гелиосистемы входит блок управления (контроллер), регулирующий работу насоса, включающий защиту от перегрева и выполняющий некоторые другие задачи.

ViessmannСолнечные коллекторы успешно применяются и в странах с умеренным климатом.

ShutterStock/Fotodom.ru

Как устроен солнечный водонагреватель?

Такой нагреватель собирают из следующих узлов:

• Коллектора – радиатора, состоящего из медных трубок, упакованных в герметичные контейнеры из стекла – вакуумные колбы. При этом в тепловые (медные) трубки коллектора закачивают воду или другой теплоноситель, а сам солнечный радиатор монтируют под углом к горизонтали, укладывая на особый кронштейн.
• Бака-накопителя – емкости с водой, впитывающей энергию теплоносителя, циркулирующего по коллектору. Причем вода в накопителе нагревается за счет поступающего из коллектора теплоносителя или за счет энергии от внутреннего радиатора, вложенного в бак и связанного с коллектором сетью трубопроводов.
• Напорного оборудования – водяного насоса, обеспечивающего циркуляцию теплоносителя.
• Трубопроводной арматуры, связывающей коллектор и накопитель или коллектор и внутренний радиатор накопителя.

Устройство солнечного водонагревателя

Эти узлы взаимодействуют друг с другом по следующей схеме:

• Залитая в коллектор вода впитывает тепло солнечных лучей, нагревается и поднимается в верхнюю часть тепловой трубки, побуждая естественную циркуляцию теплоносителя. При этом температура воды в вакуумной трубке поднимается до 300 градусов Цельсия.
• Напор в тепловых трубках коллектора, побуждаемый разностью плотности горячей и холодной воды, транслируется по соответствующей ветви арматуры, связывающей внешний радиатор и бак-накопитель. Если естественного побуждения будет недостаточно, то в дело вступает насос, генерирующий механический напор.
• Под действием естественного или механического побуждения горячая вода покидает солнечный коллектор водонагревателя и смещается в бак-накопитель, повышая температуру в этой емкости. При этом теплоноситель из коллектора смешивается с водой накопителя или циркулирует по внутреннему радиатору, встроенному в бак.
• Сместившаяся в бак горячая вода создает разряжение в нижней части коллектора, засасывая во внешний радиатор холодную воду из накопителя или внутреннего радиатора. Если разряжение будет недостаточным, то ситуацию исправит напорный насос, подкачивающий холодную воду в тепловую трубку вакуумной колбы.

В итоге солнечное тепло, разогревая расположенный за пределами дома теплоноситель в коллекторе, нагревает и воду в баке-накопителе, которую будут расходовать пользователи такого водонагревателя.

Как сделать своими руками простейший водонагреватель

Из поликарбоната

Один из вариантов изготовления солнечного водонагревателя предполагает использовать в конструкции сотового поликарбоната. Единственное требование к этому элементу конструкции – это светопропускная способность материала. Прочность также важная характеристика, но не является основной.

Из имеющихся материалов, это могут быть различные пиломатериалы или легкие профильные металлические элементы, изготавливается каркас устройства. Из медных трубок сооружается змеевик, предпочтительно в одной плоскости – это абсорбер устройства, по которому будет циркулировать вода.

На концах медной трубки монтируются штуцера для соединения подающей трубой и выходом подогретой воды. В качестве змеевика можно использовать подобную конструкцию от старого холодильника, но в этом случае, параметры змеевика холодильника определят геометрические размеры всего устройства.

Змеевик укладывается в корпус, вся конструкция утепляется теплоизоляционным материалом и с наружной стороны закрывается листом поликарбоната.

Водонагреватель монтируется на выбранном участке в соответствии с географическим месторасположением и подключается к подаче холодной воды и системе потребления нагретой воды.

Виды солнечных коллекторов

Гелиосистемы делятся на два класса по: принципу нагрева и способу хранения теплоносителя. Первые используют встроенный бак теплоаккумулятор. Вторые подключаются к выносной накопительной емкости, устанавливаемой в непосредственной близости от коллектора или внутри здания.

При выборе гелиосистемы в первую очередь обращают внимание на тип баков аккумуляторов солнечной тепловой энергии, так как отличия конструкции и устройства отражаются на особенностях эксплуатации и технических характеристиках.

Коллекторы с встроенным баком

Моноблочные гелиоколлекторы предназначены для работы в сезон весна-осень. Зимой оборудование отключают, сливают теплоноситель. Коллекторы со встроенным баком проще установить и обслуживать. Для использования требуется просто подключить гелиосистему к системе горячего водоснабжения или точке водоразбора.

Нагрев воды гелиоколлекторов со встроенным баком теплоаккумулятором происходит следующим образом:

• солнечные лучи улавливаются абсорбером;
• полученная энергия передается в змеевик, расположенный в встроенном баке теплоаккумуляторе;
• происходит передача тепла, от нагретого теплоносителя воде, используемой для бытовых нужд.

В некоторых теплоаккумулирующих ёмкостях предусмотрен встроенный ТЭН, необходимый в случаях, если солнечный коллектор не смог обеспечить необходимым количеством горячей воды. Недогрев возможен в случае пасмурной или холодной погоды. Солнечный коллектор в нормальных условиях может нагреть объем воды до 200 л. в день.

Коллекторы с встроенным баком в основном работают без давления, c применением естественной циркуляции жидкости. Термосифонные гелиосистемы устанавливают в высшей точке ГВС, чтобы обеспечить необходимый напор воды, при открытии крана водоснабжения. Баки выдерживают максимальное давление не более 0,2 атм. После нагрева вода самотеком стекает к точке водоразбора.

Солнечные водонагреватели с встроенным баком отличаются несколькими преимуществами:

• нагрев воды в солнечную погоду всего за 3-4 часа;
• обеспечение потребности в ГВС от 3 человек и выше, в зависимости от площади абсорбирующей поверхности;
• простой монтаж;
• низкая цена.

Принцип термосифона широко используется в ГВС с солнечными коллекторами. Работа водонагревателя основывается на естественной конвекции, когда нагретая жидкость перемещается вверх, а остывшая опускается вниз. Непременное условие термосифонной схемы ГВС — резервуар для воды должен находится выше коллектора.

Гелиосистемы с выносным баком

Солнечные коллекторы, подключаемые к отдельно стоящему баку теплонакопителю, относятся к классу водонагревателей для круглогодичного использования. Нагрев воды продолжается в любое время года, при условии, что будет ярко светить солнце и температура воздуха не упадет ниже –50°С.

Для нагрева воды используется внешний бойлер косвенного нагрева, удаленный от источника тепла. В качестве теплоносителя используется антифриз. Нагрев ГВС коллектором с выносным баком осуществляется следующим образом:

1. абсорбер аккумулирует тепло и передает его жидкостному теплоносителю;
2. под давлением, нагретый антифриз поступает в теплообменник бака накопителя;
3. при прохождении через змеевик бака, теплоноситель нагревает воду.

Для обеспечения нормальной работы, гелиоколлектор с выносным баком подключается к насосной группе. Циркуляция теплоносителя осуществляется принудительно. Процесс и интенсивность нагрева, и давление регулируются автоматикой.

Главное достоинство гелиосистем с выносной емкостью — возможность круглогодичного применения. Недостаток: необходимость в подключении дорогостоящего оборудования, необходимого для нормальной работы гелиосистемы. Водонагреватель работающий под давлением имеет еще один минус: при отключении электроэнергии насосы перестают работать, что приводит к перегреву теплоносителя и негативно сказывается на работоспособности гелиоколлектора (проблема решается установкой ИБП).

Плоские

• Используются в системах с прямым и косвенным нагревом воды.

В этом случае установка состоит из несущего, с устройством теплоизоляции, каркаса и устройства для поглощения солнечной энергии (абсорбера). В качестве абсорбера используются медные трубки, с наружной стороны каркас закрывается стеклом. Данный тип конструкции наиболее распространен, по сравнению с прочими.

К достоинствам данной конструкции относятся:

• Возможность применения для различных видов систем;
• Надежность устройств;
• Высокая эффективность устройств;
• Неприхотливость к условиям эксплуатации;
• Длительный срок эксплуатации.

Недостатками являются:

• Низкий КПД установок;
• В случае повреждения требуется полная замена.

Вакуумные

• Устройства данного типа используются в системах с косвенным нагревом воды.

Основой данной конструкции служит вакуумная труба состоящая из двух трубок различного диаметра, помещенных одна в другую с вакуумным зазором между ними. Несколько трубок помещаются в единый корпус, а их верхние части помещаются в единый блок, по которому циркулирует вода из внешнего источника.

Солнечные лучи попадают на наружные трубки, которые являются абсорбером. В медных трубках, меньшего диаметра, нагревается специальная жидкость, которая нагреваясь начинает испаряться. Пар поднимается вверх, где передает свою энергию циркулирующей воде, после чего конденсируется и стекает вниз.

К достоинствам данной конструкции относятся:

• Возможность круглогодичного использования;
• Высокий КПД устройств;
• Универсальность использования.

Недостатками являются:

• Срок эксплуатации непродолжителен, по сравнению с аналогами;
• Подверженность разрушения под воздействием внешних факторов;
• Большие габаритные размеры и масса устройств;
• Нельзя эксплуатировать в регионах с отрицательными температурами наружного воздуха.

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.

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.

Виды солнечных водонагревателей: выбор конструкции для самостоятельного изготовления

В зависимости от температуры, которую развивают гелионагреватели, различают:

• низкотемпературные устройства — рассчитанные на подогрев жидкости до 50 °C;
• среднетемпературные гелиоколлекторы — повышают температуру воды на выходе до 80 °C;
• высокотемпературные установки — нагревают теплоноситель до температуры кипения.

В домашних условиях можно построить солнечный водонагреватель первого или второго типа. Для изготовления коллектора высоких температур понадобится промышленное оборудование, новые технологии и дорогостоящие материалы.

По конструкции все жидкостные гелиоколлекторы разделяются на три вида:

• плоские водонагреватели;
• вакуумные термосифонные устройства;
• гелиоконцентраторы.

Плоский солнечный коллектор представляет собой невысокий теплоизолированный короб. Внутри установлена светопоглощающая пластина и трубчатый контур. Поглощающая панель (абсорбер) имеет повышенную теплопроводность. За счёт этого удаётся достичь максимальной передачи энергии теплоносителю, циркулирующему по контуру водонагревателя. Простота и эффективность плоских установок нашла отражение в многочисленных конструкциях, разработанных народными умельцами.

Внутри плоского гелиоколлектора — светопоглощающая пластина и трубчатый контур

Принцип действия вакуумных солнечных водонагревателей основан на эффекте термоса. В основе конструкции лежат десятки двойных стеклянных колб. Внешняя трубка изготавливается из ударопрочного, закалённого стекла, которое противостоит граду и ветру. Внутренняя трубка имеет специальное напыление для увеличения светопоглощающей способности. Из пространства между элементами колбы откачан воздух, что позволяет избежать тепловых потерь. В центре конструкции проходит медный тепловой контур, заполненный легкокипящим теплоносителем (фреоном) – он и является нагревателем вакуумного гелиоколлектора. В процессе технологическая жидкость испаряется и передаёт тепловую энергию рабочей жидкости главного контура. В этом качестве чаще используется антифриз. Такая конструкция обеспечивает работоспособность системы при температурах до -50 °C. В домашних условиях построить подобную установку сложно, поэтому самодельных конструкций вакуумного типа насчитываются единицы.

В основе конструкции вакуумного гелиоколлектора — множество двойных стеклянных колб

Гелиоконцентратор в основе имеет сферическое зеркало, способное фокусировать солнечное излучение в точку. Нагрев жидкости происходит в спиральном металлическом контуре, который размещают в фокусе установки. Достоинством гелиоконцентраторов является способность развивать высокую температуру, но необходимость в системе слежения за Солнцем снижает их популярность у самодельщиков.

Построить производительный гелиоконцентратор в домашних условиях — задача непростая

Для изготовления в домашних условиях лучше всего подходят плоские солнечные нагреватели, построенные с использованием теплоизоляционных материалов, стекла с высокой пропускающей способностью и медных абсорберов.

Солнечные водонагреватели для дома – обзор популярных моделей

К наиболее востребованным моделям солнечных водонагревателей мы можем отнести следующие модели:

Водонагреватель POWER15 1.72M2 – этот коллектор собирается из 10-15 вакуумных колб, формирующих активную площадь габаритами до 2,5 квадратных метров. А с учетом того, что солнце излучает до 1,3 кВт на квадратный метр, тепловая мощность такой системы получается очень приличной даже с учетом 76-процентного КПД конкретно этой модели.

Водонагреватель POWER15 1.72M2

При этом сквозь такой коллектор можно пропустить достаточно большой объем жидкости, подаваемый в тепловые трубки под давлением до 6 атмосфер. Температура разогретого в POWER15 1.72M2 теплоносителя достигает 330 градусов Цельсия.

Стоимость коллектора (без арматуры, насоса и бака) – 145 000 рублей.

Изготовленный в Чехии Водонагреватель Azuro Shelter 1,2х1х0,9м,

Водонагреватель Azuro Shelter

собирающий солнечный свет с площади 1,8 квадратных метров. Конкретно эта панель используется для нагрева воды в бассейне. Модель Azuro Shelter может поднять температуру в чаше среднего объема (до 30 кубометров) на 6 градусов Цельсия даже в случае 6-часового солнечного дня.

Стоимость дугообразной панели, принимающей свет со всех сторон – 12 тысяч рублей.

Немецкий коллектор Buderus Logasol CKN 2.0-s,

Коллектор Buderus Logasol CKN 2.0-s

пригодный для использования в системах горячего водоснабжения разомкнутого типа. КПД этой модели – 85 процентов, вес – всего 30 килограмм (за счет алюминиевой рамы и однослойного остекления). Такой коллектор нагревает теплоноситель до 170 градусов Цельсия и может выдержать давление до 6 атмосфер.

Стоимость модели Buderus Logasol CKN 2.0-s – 42-43 тысячи рублей.

Китайский панельный коллектор Intex 28685

Коллектор Intex 28685

пригодный для обогрева бассейнов объемом до 30 кубических метров. Водонагреватель настилается прямо на грунт и обеспечивает комфортную температуру в бассейне даже в условиях северного лета с короткими солнечными днями. Причем сам коллектор готов к использованию прямо из коробки, без предварительных пуско-наладочных работ.

Стоимость изделия – до 2 тысяч рублей.

Отечественный вакуумный коллектор панельного типа NIBE Solar серии FP215

Вакуумный коллектор панельного типа NIBE Solar серии FP215

обслуживающий двухконтурные системы косвенного нагрева (с внутренним радиатором в баке накопителе). Такая панель занимает практически 2 м2, генерируя около 1,8-2 кВт тепловой энергии, что вполне достаточно для бесперебойного водоснабжения дома средних габаритов или отопления комнаты площадью до 20 м2.

Стоимость панели (без бака, арматуры и внутреннего радиатора) – 125 тысяч рублей.

Вакуумный коллектор от немецкого производителя – компании Meibes – MVK 001

Вакуумный коллектор Meibes – MVK 001

Площадь этого солнечного нагревателя – 2,6 квадратных метра. КПД – 95 процентов, что гарантирует максимальную температуру теплоносителя на уровне 295 градусов Цельсия. Корпус коллектора создан из высокопрочного материала – боросиликатного стекла. Поэтому такой коллектор можно монтировать даже поверх кровли. Корпус вакуумных колб выдерживает снеговую нагрузку до 300 килограмм на квадратный метр и ветровую нагрузку в эквиваленте 150 кг/м2. В одну систему можно установить до 6 таких модулей, генерирующих до 16 кВт тепловой мощности.

Стоимость одного модуля, рассчитанного на 2,2 литра теплоносителя – 96-100 тысяч рублей.

Подготовительные мероприятия

Приняв решение об изготовлении солнечного коллектора своими руками, необходимо осуществить ряд обязательных мероприятий по его подготовке:

• произвести предварительный расчёт по указанной выше методике для определения конструкции и физических размеров устройства;
• выполнить эскизный проект коллектора и водопроводной системы утилизации тепла, на его основании составить материальную ведомость;
• закупить материалы, крепёж и недостающий инструмент.

Чем более внимательно выполняется этот этап, тем меньше придётся бегать впоследствии за недостающим.

Солнечный водонагреватель своими руками можно изготовить из различных материалов

Средние цены

В связи с тем, что все большее количество жителей нашей планеты пытаются использовать в повседневной жизни альтернативные источники энергии для получения тепла, электричества и горячего водоснабжения, поэтому и предлагаемый ассортимент товаров достаточно широк.

Солнечные водонагреватели выпускают предприятия в нашей стране и за ее пределами.

На стоимость установки влияет страна и фирма производитель, конструкция (плоский или вакуумный) водонагревателя, комплект поставки и регион приобретения.

Наиболее дешевый вариант обойдется покупателю в 1500,00 рублей, за эти деньги можно приобрести «Солнечный водонагреватель для бассейна» (Китай) со следующими техническими характеристиками: размер полотна водонагревателя — 1200 х 1200 мм, предназначен для использования с фильтр-насосами производительностью не более 9500 л/час, вес — 3.7 кг.

Солнечный водонагреватель «ДАЧА-ЛЮКС» (Россия) объемом 125,0 литров обойдется покупателю в 28850,00 рублей. В комплект поставки данного устройства входит: бак накопитель, комплект вакуумных трубок (15 штук), контроллер. Поглощающая площадь составляет — 2,35 м2.

Немецкую установку для горячего водоснабжения «АuroSTEP plus» можно приобрести за цену от 190000,00 до 450000,00 рублей, в зависимости от комплектации. За эти деньги покупатель приобретает: систему горячего водоснабжения исключающую возможность закипания (конструкции Drain-back), водонагреватель ёмкостью 150 – 350 л. и 1 – 3 солнечных коллектора.

Установка оборудована регулятором управления и дополнительным электрическим нагревателем.

Как видно из приведенных выше цифр, разброс стоимости очень велик, поэтому каждый потенциальный приобретатель может выбрать устройство в соответствии с предъявляемым к нему требованиям.

Отзывы о солнечных водонагревателях «Дача-Эконом»

Солнечный коллектор Дача-Эконом XF-II-24-200 отзыв>>>

Водонагреватель установлен в Подмосковье, Ногинский район, пос. Затишье.

Солнечный коллектор Дача-Эконом XF-II-24-200 отзыв>>>

Солнечные водонагреватели торговой марки «АНДИ Групп» модель XF-II-24-200 обеспечивают горячее водоснабжение гостиницы «Платан» в поселке Лоо — пригорода Сочи. В гостинице 45 номеров для отдыха 60-90 человек.

Солнечный коллектор Дача-Эконом XF-II-18-150 отзыв>>>

Солнечный коллектор для дачи в Самарской области. Используется для для принятия душа, мойки посуды, подогрева летнего бассейна, полива растений и прочих бытовых и хозяйственных нужд.

Солнечный коллектор Дача-Эконом XF-II-15-125 в Италии отзыв>>>

Солнечный коллектор торговой марки «АНДИ Групп» установлен в Апулии, «каблук» Италии

Солнечный коллектор Дача-Эконом XF-II-15-125 в республике Коми отзыв>>>

Система без давления XF-Ⅱ-15-125 «Дача-Эконом» установлена покупателем в деревне Тыдор Усть-Вымского р-на Республики Коми.

Солнечный коллектор Дача-Эконом XF-II-15-125 отзыв>>>

Солнечный коллектор для бани, парника и летнего бассейна

Какой выбрать для бассейна?

В системах подогрева воды в бассейне можно использовать любой из видов и конструкций солнечных водонагревателей.

Для перемешивания воды в бассейне и нормальной циркуляции воды, следует установить в систему циркуляционный насос, это повысит КПД установки, а для потребителя создаст более комфортные условия использования бассейна.

В систему можно включить накопительную емкость, а можно смонтировать контур и без нее, в этом случае накопителем будет служить сам бассейн.

Критериями выбора водонагревателя для бассейна являются:

1. Месторасположения водонагревателя, его пространственная ориентация;
2. Вид водонагревателя (стоимость устройства);
3. Расположение бассейна (на открытом воздухе, в помещении);
4. Объем бассейна (геометрические размеры и глубина);
5. Активность использования бассейна (периодичность и количество человек);
6. Период использования (круглогодично, сезонно, периодически);
7. Требуемый температурный режим воды в бассейне;
8. Система водоснабжения бассейна (вид контура, пропускная способность и прочие технические характеристики).

Работа системы подогрева воды для бассейнов работает по следующей схеме: датчик температуры установленный в бассейне определяет заданные параметры воды. При температуре ниже заложенной потребителем, по сигналу датчика включается циркуляционный насос и вода из бассейна поступает в теплообменник нагревателя, где ее температура повышается. Когда вода в бассейне достигает нужной температуры, контроллер отключает циркуляционный насос и нагрев прекращается. Если солнечный водонагреватель остывает, то клапаны перекрываются, вода в теплообменник не поступает.

Очень важно правильно расположить устройство, т. к. это отразится на эффективности его работы. При работе водонагревателя возможны потери тепловой энергии, которые происходят при:

• Испарении воды на всех участках системы;
• Пользовании бассейном потребителями (купании пользователей);
• Выполнении профилактических работ и ремонте устройств системы;
• В связи с теплопроводностью ограждающих конструкций бассейна и разностью температуры воды, конструкций и окружающего воздуха.

Опираясь на критерии выбора устройства, условия эксплуатации и учитывая вероятные потери при работе водонагревателя, можно выбрать модель из различных ценовых групп, фирм производителей и опираясь на отзывы пользователей, которых досточное количество в интернете и технических изданиях.

Автоматизация систем отопления и ГВС с солнечным коллектором

Системы отопления и ГВС с солнечным коллектором обязательно оснащают приборами автоматики.

Автоматика необходима для согласованного управления работой нескольких источников энергии — солнечного коллектора, котла, электрического нагревателя, а также циркуляционных насосов.

Датчики измеряют температуру теплоносителя у источников нагрева, температуру воды в накопительном баке. Блок управления по заданной программе анализирует показатели датчиков и выдает команды на включение или отключение тех или иных источников нагрева, насосов и клапанов.

Человек имеет возможность задавать параметры регулирования — например, устанавливать максимальную температуру горячей воды.

Назначение гелиоколлектора, его достоинства и недостатки

Солнечный водонагреватель (жидкостной гелиоколлектор) — это устройство, которое с помощью энергии Солнца нагревает теплоноситель. Он применяется для отопления помещений, организации горячего водоснабжения, подогрева воды в бассейнах и т. д.

Солнечный коллектор обеспечит дом горячей водой и теплом

Предпосылками для использования экологичного водонагревателя является тот факт, что солнечное излучение падает на Землю круглый год, хоть и отличается интенсивностью зимой и летом. Так, для средних широт суточное количество энергии в холодное время года достигает 1–3 кВт*ч на 1 кв.м, тогда как в период с марта по октябрь эта величина варьируется от 4 до 8 кВт*ч/м2. Если же говорить о южных регионах, то цифры можно смело увеличивать на 20–40%.

Как видно, эффективность работы установки зависит от региона, но даже на севере нашей страны гелиоколлектор обеспечит потребность в горячей воде — главное, чтобы на небе было поменьше туч. Если же говорить о средней полосе и южных областях, то работающая от Солнца установка сможет заменить бойлер и перекрыть потребности теплоносителя отопительной системы в зимнее время. Разумеется, речь идёт о производительных водонагревателях в несколько десятков квадратных метров.

Таблица: распределение солнечной энергии по регионам

Гелиоколлекторы, построенные в домашних условиях, не идут ни в какое сравнение с устройствами заводского изготовления, но и самодельная солнечная установка сократит расходы на подогрев воды в бытовых целях и сэкономит электричество при подключении к стиральной и посудомоечной машине.

Достоинства солнечных водонагревателей:

• относительно простая конструкция;
• высокая надёжность;
• эффективная эксплуатация независимо от времени года;
• длительный срок службы;
• возможность экономии газа и электроэнергии;
• не требуется разрешение на установку оборудования;
• небольшая масса;
• простота монтажа;
• полная автономность.

Что касается отрицательных моментов, то без них не обходится ни одна установка для получения альтернативной энергии. В нашем случае к минусам относятся:

• высокая стоимость заводского оборудования;
• зависимость КПД гелиоколлектора от времени года и географической широты;
• подверженность градобитию;
• дополнительные затраты на установку теплоаккумулирующей ёмкости;
• зависимость энергетической эффективности прибора от облачности.

Рассматривая плюсы и минусы солнечных водонагревателей, не стоит забывать и об экологической стороне вопроса — подобные установки безопасны для человека и не наносят вреда нашей планете.

Заводской гелиоколлектор напоминает конструктор, с помощью которого можно быстро собрать установку требуемой производительности

Методика расчёта гелиоколлектора

Расчёт производительности солнечного гелиоколлектора ведут исходя из того, что на 1 кв.м установки в ясный день приходится от 800 до 1 тыс. Вт тепловой энергии. Потери этого тепла на обратной стороне и стенках сооружения рассчитываются по коэффициенту теплоизоляции используемого утеплителя. Если применять пенополистирол, то для него коэффициент теплопотерь равняется 0,05 Вт/м × °C. При толщине материала в 10 см и разности температур внутри и снаружи конструкции 50 °C потери тепловой энергии составляют 0,05/0,1 × 50 = 25 Вт. С учётом боковых стенок и труб эту величину удваивают. Таким образом, суммарное количество уходящей энергии составит 50 Вт с 1 кв.м поверхности солнечного нагревателя.

Для нагрева 1 л воды на один градус потребуется 1,16 Вт тепловой энергии, поэтому для нашей модели гелиоколлектора площадью 1 кв.м и температурного перепада 50 °C удастся получить условный коэффициент производительности 800/1,16 = 689,65/кг × °C. Эта величина показывает, что установка площадью 1 кв.м в течение часа подогреет 20 литров воды на 35 °C.

Расчёт необходимой производительности солнечного водонагревателя ведут по формуле W = Q × V × δT, где Q — теплоёмкость воды (1,16 Вт/кг × °C); V — объём, л; δT — разность температур на входе и выходе из установки.

Статистика говорит, что для одного взрослого человека требуется 50 л горячей воды в сутки. В среднем, для горячего водоснабжения достаточно поднять температуру воды на 40 °C, что при расчёте по этой формуле требует затрат энергии W = 1,16 × 50 × 40 = 2,3 кВт. Чтобы узнать площадь гелиоколлектора, это значение нужно разделить на количество солнечной энергии, приходящееся на 1 кв.м поверхности на данной географической широте.

Расчёт требуемых параметров гелиоустановки

Варианты самодельных солнечных установок

Особенностью солнечных водонагревателей, построенных своими руками, является то, что практически все устройства имеют одинаковую конструкцию теплоизолированного короба. Часто каркас собирается из пиломатериалов и покрывается минеральной ватой и теплоотражающей плёнкой. Что же касается абсорбера, то для его производства используют металлические и пластиковые трубы, а также готовые узлы от ненужного бытового оборудования.

Из конденсатора старого холодильника

Внешний теплообменник отслужившего свой срок холодильника или морозильной камеры является готовым абсорбером гелиоколлектора. Всё, что остаётся сделать — дооборудовать его теплопоглощающим листом и установить в корпус. Конечно, производительность такой системы будет маленькой, но в тёплое время года водонагреватель из деталей холодильного оборудования перекроет потребности в горячей воде небольшого загородного дома или дачи.

Теплообменник старого холодильника представляет собой практически готовый абсорбер для небольшого гелионагревателя

Из садового шланга

Сложенный улиткой садовый шланг или водопроводная ПВХ-труба имеет большую площадь поверхности, что позволяет использовать подобный контур в качестве водонагревателя для нужд летнего душа, кухни или подогрева бассейна. Разумеется, для этих целей лучше брать материалы чёрного цвета и обязательно использовать накопительную ёмкость, иначе в пик летней жары абсорбер будет перегреваться.

Плоский коллектор из садового шланга — простейший способ подогревать воду в бассейне

Из полипропиленовых или полиэтиленовых труб

Трубы из металлопластика, полиэтилена и полипропилена, а также фитинги и приспособления для их монтажа позволяют строить контуры гелиосистем любой площади и конфигурации. Такие установки обладают хорошей производительностью и используются для обогрева помещений и получения горячей воды на хозяйственные нужды (кухня, ванная и т. д.).

Достоинство гелиоколлектора из пластиковых труб — невысокая стоимость и простота монтажа

Из плоского радиатора системы отопления

Изготовление гелиоколлектора из стального радиатора не потребует даже монтажа абсорбирующей пластины. Достаточно покрыть устройство чёрной жаростойкой краской и смонтировать его в герметичный кожух. Производительности одной установки с лихвой хватит для системы горячего водоснабжения. Если же сделать несколько водонагревателей, то можно сэкономить на отоплении дома в холодную солнечную погоду. К слову, собранная из радиаторов гелиоустановка обогреет подсобные помещения, гараж или теплицу.

Стальной радиатор системы отопления послужит основой для постройки экологичного водонагревателя

Из медных трубок

Абсорберы, построенные из медных пластин и трубок, обладают самой высокой теплоотдачей, поэтому с успехом применяются для подогрева теплоносителя отопительных систем и в горячем водоснабжении. К недостаткам коллекторов из меди относятся большие трудозатраты и стоимость материалов.

Применение медных труб и пластин для изготовления абсорбера гарантирует высокую производительность гелиоустановки

Устройство и принцип действия плоского гелиоколлектора

Самодельный солнечный водонагреватель состоит из плоской деревянной рамы (короба) с глухой задней стенкой. На дне размещается главный элемент устройства — абсорбер. Чаще всего он изготавливается из металлического листа, присоединённого к трубчатому коллектору. От контакта пластины абсорбера с трубами теплообменника зависит эффективность передачи энергии, поэтому эти детали приваривают или припаивают непрерывным швом.

Сам жидкостной контур представляет собой массив из вертикально установленных трубок. В верхней и нижней части они присоединяются к горизонтальным трубам увеличенного диаметра, которые предназначаются для подачи и отбора теплоносителя. Входное и выходное отверстие для жидкости располагают диагонально — за счёт этого обеспечивается полный отъём тепла от элементов теплообменника. В качестве теплоносителя используется антифриз для систем отопления или другие незамерзающие растворы.

Абсорбер покрывается светопоглощающей краской, сверху кладут стекло, а короб защищают слоем теплоизоляции. Для упрощения задачи площадь остекления делят на части, а чтобы увеличить производительность, применяют стеклопакеты. Закрытая конструкция создаёт в гелиоколлекторе эффект термоса и одновременно предотвращает потери тепла из-за ветра, дождя и других внешних факторов.

Солнце — источник энергии, доступный каждому человеку. Обустроить солнечный коллектор поможет данная статья:

Солнечный водонагреватель работает так:

1. Нагретая в гелиоколлекторе незамерзающая жидкость поднимается по трубкам и через ветку отбора теплоносителя попадает в теплоаккумулирующую ёмкость.
2. Перемещаясь по теплообменнику, установленному внутри бака-аккумулятора, антифриз отдаёт тепло воде.
3. Охлаждённая рабочая жидкость поступает в нижнюю часть контура солнечного водонагревателя.
4. Нагретая в баке вода поднимается и отбирается для нужд горячего водоснабжения. Пополнение жидкости в теплоаккумулирующей ёмкости происходит за счёт водопровода, подключённого к нижней части. Если же гелиоколлектор работает как нагреватель системы отопления, то для кругообращения воды в замкнутом вторичном контуре применяют циркуляционный насос.

Постоянное движение теплоносителя и наличие теплового аккумулятора позволяет накопить энергию за то время, пока светит солнце, и постепенно расходовать её даже тогда, когда светило скрывается за горизонтом.

Схема подключения солнечного коллектора к накопительной ёмкости не так сложна

Установка и ориентация

Монтаж коллектора производится на открытой площадке, в течение всего дня освещенной солнечными лучами. Оптимальным вариантом является крыша дома, но любое строение, дерево или возвышение, находящееся рядом, могут стать преградой для лучей, поэтому надо сразу проконтролировать плотность освещения.

Также гелиосистема для нагрева воды должна быть установлена так, чтобы лучи падали на ее поверхность перпендикулярно. Для этого надо отметить положение Солнца в середине светового дня и установить панели перпендикулярно лучам, чтобы свет падал на них отвесно. В этом отношении трубчатые конструкции эффективнее, так как плоскости как таковой они не имеют, а поверхность трубки одинаково хорошо принимает поток с любой стороны.

Срок окупаемости

Гелиосистемы для отопления, цена которых зависит от размеров дома и внешних условий в регионе, способна окупиться за довольно короткий срок, или же не окупиться вовсе. Рассчитывать заранее, с какого времени она начнет приносить прибыль, крайне сложно, поскольку имеется слишком много тонких эффектов и факторов воздействия. Участвуют погодные или климатические обстоятельства, уровень технического исполнения элементов системы, тип отопительных контуров и многое другое.

Гелиоустановка для нагрева воды — это своего рода инвестиционный проект, обладающий отложенным сроком окупаемости. Считается, что средний срок службы оборудования составляет 30 лет. Все это время комплекс будет давать определенное количество тепловой энергии, за которую ничего не надо платить.

Вложения в создание системы только первоначальные, потом изредка понадобятся лишь текущие ремонтные работы, не требующие серьезных расходов. По истечении срока службы все узлы и элементы гелиосистемы могут быть использованы для других целей или проданы как вторичное сырье. Поэтому экономический эффект от работы будет получен в любом случае, хотя он и не является главной целью всего замысла.

Плюсы и минусы

К плюсам использования гелиоустановок можно отнести:

• возможность пользоваться неиссякаемой и совершенно бесплатной солнечной энергией;
• независимость от тарифов ресурсных организаций и поставщиков;
• возможность регулировать и менять размеры системы по своему желанию;
• длительный срок службы с минимальными расходами на ремонт.

Недостатками гелиосистем являются:

• система работает только в дневное время, расходуя ночью накопленное тепло;
• зависимость от погодных и климатических условий;
• низкий КПД и общая эффективность гелиоустановок;
• возможность создания системы имеется не у всех домовладельцев;
• в регионах с морозными зимами системы работать не могут.

При выборе отопительной системы необходимо знать и учитывать достоинства и недостатки этой методики.

Дополнительные расходы, связанные с эксплуатацией

Использование этого не подразумевает какого либо ухода или обслуживания, кроме как периодической чистки от загрязнения и снега зимой (если сам не оттает). Однако будут и некоторые попутные расходы:

• Ремонт, все что можно поменять по гарантии, производитель без проблем заменить, важно покупать официального дилера и иметь гарантийные документы.
• Электричество, его расходуется совсем немного на насос и контроллер. Для первого можно поставить всего 1 солнечную панель на 300 Вт и ее вполне будет достаточно (подойдет даже без аккумуляторная система).
• Промывка змеевиков, ее нужно будет делать один раз в 5-7 несколько лет. Все зависит от качества воды (если она используется как теплоноситель).

Как установить солнечный коллектор

Установить эту систему можно и самостоятельно. Для этого необходимо понимать главный принцип установки – максимум солнечного света.

1. Выбираем место
   . Оно должно быть с солнечной стороны. Для этого достаточно понаблюдать несколько дней какой место на участке солнце освещает максимально долго (нужно избегать попадания тени от деревьев или построек). Выбрать начальную точку и конечную, солнечный коллектор направить по центру этих точек. Так мы получим максимальный охват теплового излучения.
2. Угол наклона
   . Это важный этап установки, от которого зависит ее эффективность. Как правило такие данные дает производитель систем, но, в среднем это 45 градусов. Нельзя устанавливать под большим или меньшим углом, так как тогда снизится поглощающая площадь.
3. Подключаем остальное оборудование
   . Это насосная группа с контроллером, накопительный бак и соединительные трубки. Это все подключается согласно инструкции. Ничего сложно здесь нет, так как принцип устройства достаточно простой.

Особенности установки и эксплуатации жидкостных нагревательных коллекторов

Для размещения гелиоколлектора выбирают просторное место, которое не затеняется весь световой день. Монтажный кронштейн или подрамник изготавливают из деревянных реек или металла с таким расчётом, чтобы наклон водонагревателя регулировался в пределах от 45 до 60 градусов от вертикальной оси.

Для установки солнечного водонагревателя собирают опорную раму

Подключение к бойлеру косвенного нагрева или тепловому аккумулятору выполняют с использованием резьбовых фитингов и медных, металлопластиковых или многослойных полипропиленовых труб. Их укрывают слоем теплоизоляции.

Схема подключения гелионагревателя в системе с принудительным движением теплоносителя

Накопительный бак для уменьшения тепловых потерь размещают как можно ближе к установке. В зависимости от условий организуют естественную или принудительную циркуляцию теплоносителя. В последнем случае используют контроллер с термодатчиком, врезанным в выходной патрубок. Прокачка рабочей жидкости по контуру будет включаться, когда её температура достигнет запрограммированного значения.

Сезонно-работающую систему заправляют водой, тогда как круглогодичное использование солнечного водонагревателя требует применения незамерзающей жидкости. Идеальный вариант -специальный антифриз для гелиосистем, но для экономии используют и жидкости, предназначенные для автомобильных радиаторов или бытовых отопительных систем.