Воздушный солнечный коллектор своими руками

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.

Гелиосистема в автономной системе отопления

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.

Альтернативное отопление используется довольно редко, и у многих возникает вопрос — эффективен ли солнечный коллектор зимой. Виды и целесообразность его использования.

Советы по изготовлению солнечного коллектора своими руками представлены тут.

Солнечный водонагреватель своими руками имеет смысл изготовить хотя бы потому, что энергия, полученная от его работы, будет абсолютно бесплатной. В этой теме вы найдете инструкцию по изготовлению такого агрегата.

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.

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

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.

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.

Определение места установки и доступной площади

Место установки коллектора должно удовлетворять следующим требованиям:

Прибор следует располагать как можно ближе к потребителю, то есть помещению, в которое поступает нагретый воздух.
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.
На место установки коллектора не должна падать тень от деревьев, труб или зданий.

Каких-либо ограничений касательно выбора площади коллектора не существует: чем большим он будет, тем более высокой окажется его производительность и, соответственно, тем меньшей будет сумма в платежках за отопление.

Как это работает

Коллектор собирает энергию с помощью светонакопителя или, другим словами, солнцеприемной панели, которая пропускает свет к аккумулирующей металлической пластине, где солнечная энергия преобразуется в тепловую. Пластина передает тепло теплоносителю, которым может быть как жидкость, так и воздух. Вода отправляется по трубам к потребителю. С помощью такого коллектора можно отопить жилище, нагреть воду для различных домашних целей или бассейна.

Воздушные коллекторы используются, в основном для отопления помещения или подогрева воздуха внутри него. Экономия при использовании таких устройств очевидна. Во-первых, не нужно использовать какое-либо топливо, а во-вторых, снижается потребление электроэнергии.

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:

Алюминий, как уже говорилось, обладает высокой теплопроводностью.
Тонкую стенку банки легко можно разрезать обычным ножом.
В подавляющем большинстве случаев банки для напитков имеют стандартизированный размер ( при объеме в 0,5 л — 168х66 мм).
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).
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.

Перед сборкой панели обязательно вымойте банки с применением моющего средства, иначе пропущенный через них воздух будет иметь неприятный запах.

Гелиоустановки для систем горячего водоснабжения и отопления

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

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

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

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

Использование солнечных коллекторов имеет очевидные преимущества:

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

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

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

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

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

Основные разновидности солнечных коллекторов

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

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

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

водяные (жидкостные);
воздушные.

По уровню предельных температур коллекторы бывают:

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

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

Конструктивно солнечные нагреватели воды могут быть:

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

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

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

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

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

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:

Днище размером 1400х670 мм — 1 шт.
Стенки размером 1400х116 мм — 2 шт.
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.

Создание коллектора

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).

Преимущества и недостатки

У воздушных гелиосистем, как и у всех творений рук человека, есть свои сильные и слабые стороны. К преимуществам можно отнести:

эффективность в воздушной сушке;
небольшую стоимость;
простую конструкцию.

Но есть и недостатки:

воздушными коллекторами нельзя нагревать воду;
они весьма габаритны (ввиду незначительной теплоемкости);
у них скромный КПД.

Обратите внимание! Чтобы повысить эффективность воздушных гелиосистем, их устанавливают в стены (южные, как мы помним) еще при строительстве здания.

Вы можете сделать такой прибор самостоятельно, благо конструкция его, как уже отмечалось, достаточно простая. Для этого потребуются дешевые и доступные материалы (некоторые даже умудряются использовать жестяные банки).

Но помните: такие коллекторы достаточно габаритны , поэтому вполне вероятно, что придется соорудить конструкцию на всю стену.

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.

Энергия солнца – альтернативный источник тепла

Идея использования солнечной энергии для отопления не нова. Более того, целесообразность ее применения доказана американцами, китайцами, испанцами, израильтянами и японцами.

Рынок изобилует предложениями различных установок по преобразованию энергии солнца и дальнейшего ее использования для хозяйственных нужд.

Гелиосистемы активно используют в качестве основного источника теплп во многих странах мира. В наших широтах оно пока применяется в качестве дополнения к системе отопления

Стоимость систем зависит от их типа, площади, материала, применяемого при изготовлении. Из года в год наблюдается устойчивая тенденция к снижению цен на все виды солнечных установок – гелиосистем.

Это делает их более доступными широким слоям населения. Вот только пока не каждый желающий готов совершить такую покупку.

Зато, при желании, можно соорудить эффективную систему солнечного отопления своими руками, потратив ощутимо меньше средств.

Привычная система отопления, отлично выполняющая свои функции многие годы, становиться все дороже. Виной этому – глобальное подорожание энергоресурсов во всем мире. Естественное желание, возникающее у хозяина – сэкономить на отоплении, съедающим значительную долю семейного бюджета.

Так солнечная система отопления может полноценно заменить привычную твердотопливную, газовую или любую другую. Все зависит от типа и размера помещения, в котором она будет использоваться.

Вариант, подходящий для зернохранилища не подойдет для жилого дома, а система, удовлетворяющая потребности дачи, никак не справится с отоплением 2-этажного особняка.

Полная замена традиционного отопления солнечным иногда проблематична. Владелец опасается, что система может не справиться или физически не хватает места для монтажа нужного количества панелей.

Поэтому, часто используют комбинированную систему отопления, не отказываясь полностью от установленного газового (электрического или другого) оборудования. Уровень замещения привычного отопления солнечным может достигать 90%.

Также, важное значение имеет годовое количество солнечных дней местности, в которой располагается жилище. Причем, среднесуточная температура не столь важна

Многие установки эффективно поглощают свет в зимние морозные дни (солнечные коллекторы, использующие в качестве теплоносителя антифриз).

Кроме отопления солнечная установка способна обеспечить жилище теплой водой и электроэнергией

Изготовление абсорберов

Трубки собираем следующим образом:

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).
В донышке каждой банки коническим сверлом нужно выполнить 3 отверстия диаметром 20 мм, так чтобы их центры находились в вершинах равностороннего треугольника.
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.

Что это и зачем устанавливать

Солнечный коллектор — это приспособление, которое преобразует солнечную энергию в тепло. С помощью воздушной гелиоустановки можно бесплатно нагревать различные помещения: жилые дома, склады и гаражи. Другой вариант — смастерить солнечный водный коллектор из профнастила, который подойдет для подогрева воды в квартире. Если же на участке есть бассейн, мастера советуют собрать .

Основные преимущества:

низкая стоимость. Коллектор, работающий за счет солнечных лучей и движения воздуха, можно изготовить из подручных стройматериалов, найденных в гараже;
простая сборка. Существуют разные модели солнечных коллекторов, но общий принцип работы схожий. Конструкцию сможет собрать даже новичок, только начавший интересоваться строительством и ;
высокая эффективность. Технические характеристики для разных конструкций могут отличаться, но в среднем эффективность достигает 45-75%;
надежность. Детали солнечного коллектора находятся в статичном положении, поэтому риск поломок и изнашивания элементов минимален.

Чтобы гелиоустановка работала максимально эффективно, следует заранее подобрать оптимальное место для ее размещения. Обычно коллектор ставят на солнечной стороне у стены здания или на крыше.

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.

Склеивание алюминиевых банок для солнечного коллектора

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.

Какие материалы сделают коллектор самым эффективным

Остановимся на конструкции солнечного коллектора из профнастила или листового алюминия, применение стальных труб снижает эффективность солнечного накопителя, использование тонкостенных алюминиевых профилей дает самый лучший эффект, но требует денег и оборудования. Конкретно, 30мм труба ПАС-1828 ценою потянет на доллар за метр, кроме того, большой объем сварочных работ с использованием электросварки с аргоном, что тоже будет стоить примерно половину всех затрат.

Коллектор из профнастила примерно вдвое хуже собирает тепло, но в разы дешевле. Уменьшение эффективности легко компенсируется, если сделать площадь поверхности конструкции больше.

Кроме профнастила, можно использовать алюминиевый лист, применяемый для термоизоляции печей или нагревательных контуров. Если сделать из него профиль, аналогичный профнастилу, получим конструкцию, при всей дешевизне и простоте работ не уступающую солнечному коллектору из алюминиевых труб.

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.

Заводские солнечные батареи стоят очень дорого, и окупятся они не скоро. Солнечные батареи своими руками гораздо дешевле в изготовлении, к тому же собрать конструкцию не так уж и сложно.

Виды солнечных батарей для отопления дома представлены в этом обзоре. А также о плюсах и минусах каждого варианта.

Варианты конструкций

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

Пассивные – обеспечивают естественную циркуляцию воздуха по каналам.
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.

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

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).

Цены на заводские приборы

Львиная доля финансовых затрат на сооружение подобной системы приходится на изготовление коллекторов. Это не удивительно, даже в промышленных образцах гелиосистем около 60% стоимости приходится на этот конструкционный элемент. Финансовые затраты будут зависеть от выбора того или иного материала.

Надо отметить, что подобная система не в состоянии отопить помещение, она лишь поможет сэкономить на затратах, помогая подогреть воду в системе отопления. Учитывая довольно большие затраты энергии, которые расходуются на нагрев воды, солнечный коллектор, интегрированный в систему отопления, существенно снижает подобные издержки.

Солнечный коллектор довольно просто интегрируется в систему отопления и горячего водоснабжения (+)

Для ее изготовления используются довольно простые и доступные материалы. К тому же подобная конструкция является полностью энергонезависимой и не нуждается в техническом уходе. Уход за системой сводится к периодическому осмотру и очистке стекла коллектора от загрязнений.