pso-nsk.ru → Мебель

Как устроен солнечный водонагреватель. Делаем солнечный водонагреватель самостоятельно

Солнце является мощным и бесконечным источником тепловой энергии для нашей планеты. Она достается нам абсолютно бесплатно, отсюда и возникла идея использовать ее для потребностей человека. Другое дело, что устройства – преобразователи солнечного излучения в тепло нынче достаточно дороги. Даже небольшой солнечный коллектор заводского изготовления стоит приличных денег. Зато собственноручно смастерить самодельный солнечный водонагреватель может любой желающий, а как это сделать, будет рассказано в этой статье.

Принципе действия водонагревателя

Чтобы взяться за дело с пониманием вопроса, следует вначале разобраться, в чем заключается принцип работы солнечного водонагревателя. В качестве примера лучше всего взять заводской аппарат, который в состоянии подогревать воду даже в зимнее время, хотя в гораздо меньших объемах, нежели летом.

Устройство представляет собой батарею, собранную из множества отдельных элементов в виде стеклянных трубок.Внутри каждой трубки, изготавливаемой из кварцевого стекла, располагается еще одна, окрашенная в черный цвет и наполненная веществом, что испаряется при низких температурах.

С целью не допустить потерь тепла изнутри, а также избежать воздействия окружающей среды снаружи, из пространства между трубками удален воздух. Концы всех элементов входят в горизонтальный коллектор, где протекает нагреваемая вода. Подобные вакуумные трубки для водонагревателя весьма эффективно поглощают солнечное тепло и передают его воде за счет испарения / конденсации вещества (рабочего тела).

Система функционирует следующим образом:

под воздействием солнечных лучей рабочее тело превращается в пар и поднимается в верхнюю часть стеклянной колбы;
контактируя сквозь стенки с потоком воды, вещество отдает ему тепловую энергию и возвращается в жидкое агрегатное состояние;
подчиняясь силе тяжести, рабочее тело стекает в нижнюю часть, где цикл начинается заново;
обычно солнечные водонагреватели, находящиеся на крыше, присоединяются к дополнительному змеевику бойлера косвенного нагрева. Таким способом осуществляется передача теплоты домашней отопительной сети.

Примечание. Вакуумные трубки изготавливаются из кварцевого стекла, которое, в отличие от обычного, пропускает волны ультрафиолетового диапазона. Это позволяет поглощать энергию солнца во время облачности и в холодный период года.

Как нетрудно догадаться, соорудить подобную конструкцию в домашних условиях невозможно. Приведем более удачный пример: безнапорный водонагреватель, где происходит передача тепла напрямую, без посредника. В прямоугольный корпус с хорошо утепленной задней стенкой помещен змеевик из меди, подключенный к накопительному баку. В контуре естественным образом циркулирует вода, нагреваясь от солнца напрямую, вследствие чего температура в накопительной емкости постепенно возрастает.

Трубка змеевика запрессована в металлическую пластину – теплоприемник темного цвета, от воздействия осадков она защищена прочным стеклом. Данный солнечный накопительный водонагреватель не так дорог, как вакуумный, но и менее эффективен. Он хорошо действует только в солнечную безоблачную погоду. Зато его конструкция проще и может быть реализована в домашних условиях.

Для справки. Существует еще один способ воспользоваться энергией солнца – установить обычный водонагреватель на солнечных батареях, вырабатывающих электричество. Но такая система очень дорога, хотя может функционировать круглогодично.

Выбор материалов

Итак, определившись с концепцией будущего солнечного нагревателя для воды, перейдем к подбору материалов для теплообменника. Тут есть из чего выбирать, нагревательный контур можно сделать из:

медной трубки – идеальный вариант;
черных полимерных труб;
секций плоских стальных радиаторов;
алюминиевых трубок.

Примечание. Мастера – умельцы, давно воплотившие идею в жизнь у себя дома, применяли в качестве нагреваемого контура резиновый садовый шланг черного цвета или теплообменник от старого холодильника.

Сложнее всего определить теплообменную поверхность змеевика. Если вместо него взять стальные радиаторы, то долго думать не придется. Все равно больше 2 панелей в одном корпусе установить не получится, иначе конструкция будет слишком тяжелой. В остальных случаях солнечный водонагреватель, сделанный своими руками, надо рассчитывать экспериментальным путем. Солнечная активность в каждом регионе разная, также играет роль расположение дома и его ориентация в пространстве. Поэтому дать однозначные рекомендации о длине змеевика из такого-то материала затруднительно, ее надо определить индивидуально.

Для изготовления корпуса теплоприемника можно взять деревянные доски и лист фанеры, а вместо лицевой панели из стекла применить такой простой материал, как поликарбонат. Он прозрачен и достаточно прочен, разбить его не сможет даже сильный град.

Так что водонагреватель из поликарбоната выйдет ничем не хуже стеклянного. Что касается накопительного бака, то его можно смастерить из листового металла либо приобрести готовую пластмассовую или стальную емкость. Соединительные трубы проще всего поставить полимерные, например, из металлопластика.

Для тех, кто предпочитает простые решения, есть вариант, давно придуманный нашими дедами. На крышу дома или отдельной душевой устанавливается один либо несколько баков, выкрашенных в черный цвет. Такой водонагреватель работает просто: теплая вода по вертикальной трубе из бочки течет прямо в душевую, стоит только открыть кран. Для заполнения емкости к ней прокладывается водопроводная магистраль. При хорошей солнечной активности в летнее время вода в бочке нагревается буквально за несколько часов.

Простой бак на крыше не сравнится с солнечным коллектором по эффективности, пусть даже и самодельным. Поэтому, определившись с размерами теплоприемника, надо изготовить корпус, куда потом следует поместить змеевик. Предпочтительнее его собрать из дерева, оно не так сильно пропускает тепло, как металл. Перед укладкой теплообменника заднюю стенку необходимо утеплить слоем пенопласта. Общая схема солнечного водонагревателя с накопительным и подпиточным резервуаром представлена на рисунке:

Просто собрать тепловой приемник своими руками – это еще не вся работа, нужно его правильно задействовать в системе водоснабжения. Показанная на схеме солнечная водонагревательная установка состоит из бака – аккумулятора, емкости подпитки и самого коллектора. Не стоит ставить лишнее насосное оборудование, надо позволить воде циркулировать естественным образом. Необходимо проследить, чтобы аккумулятор стоял немного выше теплоприемника, а подпиточная емкость – выше аккумулирующей.

Резервуар для горячей воды следует обязательно утеплить, для этого подойдет любой рулонный материал. Чтобы накопительный водонагреватель функционировал в автоматическом режиме, во втором бачке нужно поставить поплавковый клапан, реагирующий на снижение уровня жидкости. К патрубку клапана подводится труба от водопровода. Теперь во время расхода в основном резервуаре при помывке в его нижнюю зону будет подаваться холодная вода. Не забудьте предусмотреть вертикальный патрубок для выпуска воздуха, поднятый на необходимую высоту.

Заключение

Благодаря солнечной энергии в теплое время года ваш частный дом или дача может быть обеспечена горячей водой, за которую не придется платить. Затраты, что придется понести при изготовлении водонагревательной установки, минимальны: надо купить трубы, краны и прочие недостающие материалы. Вложения средств в самодельную систему несравнимы с ценой заводских солнечных коллекторов.

Солнце - самый большой источник безопасной и бесплатной энергии. И если раньше люди не могли использовать её, то сейчас существуют технологии, помогающие обеспечить дом теплом и горячей водой только за счёт солнца. Использование коллекторов - экономически выгодный и доступный способ сделать загородный дом более комфортным. Нужно только правильно выбрать гелиоколлектор (или сделать самостоятельно), а потом внедрить его в существующую систему отопления.

Что такое солнечный водонагреватель

Коллектор (водонагреватель) - это прибор, который собирает энергию солнечных лучей и превращает её в тепло. Солнце нагревает находящийся в коллекторе теплоноситель, который дальше используется для устройства горячего водоснабжения и отопления или выработки электроэнергии.

Приборы, связанные с энергией солнца, правильно называть гелиоустановками или гелиоколлекторами (от имени древнегреческого бога солнца Гелиоса).

Современные солнечные водонагреватели могут быть сложными, но прибор для собственных нужд под силу изготовить самостоятельно любому владельцу частного дома. Главное - разобраться, для чего необходимо это устройство.

Три коллектора полностью обеспечивают потребности семьи в горячей воде и отоплении

Сфера использования гелиоустановок

В нашей стране словосочетание солнечный водонагреватель у многих всё ещё ассоциируется с чёрным баком на крыше будки летнего душа, но во всём мире эта технология успешно используется. Гелиоколлекторы распространены в южных регионах Европы. Жители частных домов в Италии, Испании и Греции по закону обязаны пользоваться солнечными водонагревателями. Не отстаёт от запада и Китай. Там солнечные водонагреватели устанавливают на крышах высоток и обеспечивают горячей водой все квартиры. В 2000 году в мире насчитывалось столько гелиоустановок, что собранные вместе они заняли бы более 71 млн м 2 . Почти 15 млн м 2 из них были бы европейскими.

Солнечные вакуумные коллекторы почти полностью занимают крыши китайских новостроек

Применяются такие приборы для горячего водоснабжения бытовых помещений и промышленных зданий, отопления частных домов, административных построек, цехов. Наиболее востребованы они в пищевой и текстильной промышленности, поскольку именно в этой сфере есть множество производственных процессов с использованием горячей воды.

В частном секторе на каждого человека из Германии приходится 0,14 м 2 площади солнечного коллектора, из Австрии - 0,45 м 2 , с Кипра - 0,8 м 2 , а из России - 0,0002 м 2 . Интенсивность солнечного освещения в России всего на 0,5 кВт*ч/м 2 меньше, чем на юге Германии. Это значит, что низкая популярность солнечных коллекторов в северных регионах обусловлена не географическими причинами.

С обширной системой коллекторов можно подогревать даже воду для бассейна

Виды солнечных коллекторов

Инженеры разработали плоские, трубчатые с вакуумом, концентраторы с параболоцилиндрическими отражателями, воздушные, солнечные башни и другие виды установок. Наиболее востребованными для бытовых целей остаются плоские и вакуумные водонагреватели.

Таблица: сравнительная характеристика плоских и вакуумных коллекторов

Плоский коллектор	Вакуумный коллектор
Легко делается своими руками из подручных материалов.	Производится в промышленных условиях или собирается из заводских деталей.
Быстро окупается.	Окупается втрое дольше плоского.
Реже перегревается в жаркую погоду.	Не допускает возврата накопленного тепла в окружающую среду.
Эффективно работает летом или в странах с жарким климатом.	Подходит для холодных регионов, работает зимой при температуре до -30 о С.
Обладает высокой парусностью, поэтому сильный порыв ветра может сорвать его с крыши.	Ветер свободно проходит между вакуумными трубками, поэтому вероятность, что коллектор не пострадает от бури, выше.
Сам очищается от снега, инея и льда.	Производительность в 2–3 раза выше, чем у плоского коллектора (при равных площадях).

Особенности плоских солнечных водонагревателей

Устройство представляет собой панель, внутри которой расположены медные трубки с тёмным покрытием. В них нагревается вода, которая потом собирается в баке и применяется для ГВС (горячего водоснабжения). Если делать коллектор самостоятельно, то дорогостоящие составляющие можно заменить доступными материалами:

вместо медных трубок можно взять стальные, полиэтиленовые или просто радиатор от старого холодильника;
деревянный каркас способен стать заменой металлическому, хоть он и весит больше;
хромированный поглотитель заменит обычная чёрная краска;
в качестве защитной крышки неплохо послужит лист стекла или сотового поликарбоната, а утеплителя - пенопласт.

Главное - обеспечить герметичность панели, но для этого достаточно все швы заделать строительным силиконом. Основным недостатком таких приборов считается то, что нагретый теплоноситель излучает тепло в воздух и немного охлаждается до поступления в накопительный бак. Использование теплоизоляции и герметизация швов призваны бороться именно с этим эффектом.

Дорогостоящие детали промышленного коллектора можно заменить более дешёвыми аналогами, например, использовать вместо медных трубок стальные, а каркас прибора сделать деревянным

Если воду из плоского коллектора не забирать, в жаркий солнечный день она способна нагреться до 190–210 о С, что может привести к разрыву трубок с теплоносителем или соединительных элементов. Тем, кто пользуется солнечным водонагревателем от случая к случаю, важно установить накопительный бак, способный устранить избыточное давление в трубках. Ещё один вариант - в качестве поглотителя тепла использовать минеральное масло, а не воду. Его температура кипения выше, что снижает риск повреждения системы. В таком случае понадобится теплообменник, в котором масло будет передавать накопленное тепло воде без непосредственного контакта.

Плоские солнечные коллекторы дешевле и проще в изготовлении, но пригодны только для летней эксплуатации на даче или в качестве вспомогательного водонагревателя. Используйте их только для ГВС.

Особенности вакуумных коллекторов

Солнечные водонагреватели этого вида состоят из отдельных трубок, каждая из которых находится в безвоздушной среде. Такая конструкция позволила снизить теплопотери на пути от коллектора к накопительному баку и увеличить эффективность системы. Благодаря этому вакуумные коллекторы отлично работают в период смены сезонов (осень, весна) и зимой.

В вакуумных солнечных водонагревателях также используются медные трубки, поскольку этот материал обеспечивает хорошую теплопередачу и одновременно гигиеничность. Остальные элементы аналогичны: стекло (боросиликатное для лучшего пропускания тепла), под ним чёрный поглощающий слой, трубка с теплоносителем и подложка. Герметичность системы обеспечить проще, так как шов только один - соединение между трубкой и накопительным баком.

Холодная вода постепенно нагревается от поочерёдного контакта с горячими медными трубками. Тепло из вакуумной гелиоустановки отводится только так, поэтому важно обеспечить ему регулярный приток холодной воды, то есть использовать горячую на протяжении всего дня. Для увеличения стойкости системы в качестве теплоносителя в вакуумных солнечных коллекторах используется антифриз. Он хорошо переносит нагрев до 300 о С и не замерзает, когда в пасмурный день температура прибора снижается до -40 о С.

Для круглогодичного ГВС и отопления загородного дома необходим вакуумный солнечный коллектор. Он дороже, но эффективнее и надёжнее плоского.

Своими руками создать полноценный вакуумный солнечный коллектор невозможно: изготовление толстостенной трубки из боросиликатного стекла немыслимо в кустарных условиях. Поэтому более надёжным вариантом станет покупка заводских колб (предлагаются коаксиальные и перьевые разновидности) и сборка гелиоводонагревателя на месте. Но поскольку даже такая работа требует недюжинных слесарных навыков, лучше купить готовое изделие с гарантией от производителя.

В какую систему интегрировать солнечный водонагреватель

Чтобы горячая вода начала вытекать из крана, важно не только выбрать коллектор, но и создать для него целую систему из накопительного бака, соединительных труб, кранов и других элементов.

Типы циркуляции

Необходимо определить, сможете ли вы установить накопительный бачок выше уровня коллектора. От этого зависит, какой из двух типов циркуляции будет в системе.

Естественная циркуляция создаётся из-за разницы в плотности холодной и горячей воды . Нагретая жидкость стремится подняться, что и обуславливает такое расположение накопительного бака. Если крыша имеет сложную конструкцию, выберите хорошо освещённое место для размещения коллектора и поставьте бак под коньком.
Системы с принудительной циркуляций работают благодаря насосу, перекачивающему тёплую воду в подготовленный бак. При этом появляется возможность разместить элементы системы далеко друг от друга, например, поставить накопительный бак на чердаке или в подвале. Это лучше для экстерьера, требует меньше усилий на теплоизоляцию самого бака. Но трубы, ведущие от коллектора к резервуару, обязательно снабжаются теплоизоляцией, иначе есть риск растерять всё тепло по пути. Принудительная циркуляция требует использования электроэнергии, поэтому если на даче нет или часто пропадает электричество, такой вариант не подойдёт.

Если вы решили использовать в коллекторе масляный теплоноситель, предусмотрите насос для принудительной циркуляции. Иначе из-за низкого коэффициента расширения масла система просто не будет работать.

Выбор типа контура циркуляции

Распространены три типа систем:

С разомкнутым контуром. Это самый простой вариант для снабжения дома горячей водой. Его основное отличие в том, что теплоносителем в коллекторе обязательно является вода. Сначала она нагревается в трубках, потом поступает в накопительный бак, а дальше - непосредственно в кран на кухне или ванной комнате. То есть вода не циркулирует по кругу, а в разомкнутом контуре каждый раз нагревается новая порция.
Одноконтурная. Она предпочтительна, когда с помощью солнечного тепла предполагается отапливать дом или сделать более дешёвой эксплуатацию электрического отопления. Её отличие в том, что нагретая солнцем вода поступает в отопительные трубы. Теплоноситель двигается в системе по кругу. Это и есть замкнутый цикл циркуляции. Поскольку солнечный коллектор используется зимой и в межсезонье, выбирайте вакуумные модели и включайте в систему дополнительный обогреватель. Электрический или газовый котёл помогает довести теплоноситель до нужной температуры в холодные и пасмурные дни, а также ночью.
Двухконтурная. Этот вариант предполагает передачу тепла от коллектора к системе через специальный теплообменник. Поскольку прямого контакта между теплоносителем и водой нет, в коллекторе используют масло или антифриз. Система оптимальна для загородных домов, в которых люди проживают на протяжении всего года. В ней коллектор используется и для горячего водоснабжения, и для отопления одновременно. Как правило, в неё интегрируется также котёл и/или бойлер для дополнительного подогрева воды, а коллекторов используется несколько (в зависимости от количества проживающих и климатических характеристик региона).
В двухконтурной системе циркуляции нет прямого контакта между теплоносителем солнечного водонагревателя и водой

Система циркуляции с разомкнутым контуром эффективна для ГВС дачи, двухконтурная - для полного снабжения (ГВС и отопления) загородного дома.

Как сделать плоский солнечный коллектор своими руками

Для этого нужен чертёж. Также понадобится рассчитать площадь водонагревателя в соответствии с нуждами семьи. Этот параметр определяется по формуле: A=K*F*SF/(G*η)AW=1/(G*η)A=K*F*SF*AW, где:

А - площадь коллекторов, м2;
AW - приведённая площадь, которая способна генерировать 1кВт*час за день, м2*день/(кВт*час);
Η – КПД одного коллектора, %;
G - полное излучение солнца за день, характерное для данной местности, кВт*час/(м2*день);
К - коэффициент, учитывающий величину угла наклона коллекторов и их ориентацию относительно сторон света;
F - энергия, необходимая для нагрева воды на сутки, кВт*час/день;
SF - доля энергии солнца в покрытии потребности в тепле, %.

Для строительства коллектора понадобится подробный чертёж с указанием количества и размера деталей

Инструменты и материалы для работы

Для изготовления плоского гелиоколлектора размером 2,28х1,9х0,1 м с металлопластиковыми трубами и деревянным каркасом понадобится:

ножовка или лобзик для резки дерева и фанеры;
ножницы для металлопластиковых труб;
шуруповёрт;
кисти и краскопульт или баллончик аэрозольной краски для чернения смонтированных труб.

Последовательность действий:

Соберите короб для основания коллектора из двух листов фанеры размером 1,52х1,52 м толщиной 1 см. Один из них раскроите для создания бортиков на детали: размером 0,76х0,38 м - 4 шт., размером 1,52х0,76 м - 1 шт.
Покрасьте внутреннюю поверхность полученного короба чёрной матовой краской, а внешнюю - белой или покройте защитным лаком.
Создайте раму для крепления короба из бруса сечением 5х5 см, согласно приложенной схеме. Всего понадобится 60 м бруса. Перед сборкой важно обработать детали антисептиком для дерева, чтобы защитить материал от осадков и температурных перепадов. Крепите детали между собой саморезами по дереву с применением металлических уголков 5х5 см.
Закрепите короб на подготовленной подставке и дальнейшую сборку проводите на этом наклонном стенде.
Сделайте разметку, где будут проходить трубы, и в нужных местах крепления для них. Их тоже окрасьте в чёрный, чтобы не увеличивать теплопотери.
Нарежьте металлопластиковые трубы толщиной 0,5 дюйма на фрагменты необходимой длины. Чтобы не сделать ошибку, используйте первый фрагмент в качестве эталонного образца. Должно получиться 45 штук по 2,14 м.
Соберите змейку из труб на стенде, используя на поворотах фитинги для металлопластиковых труб. Всего необходимо по 44 угловых колена типа «мама-мама» и «мама-папа» и 88 переходников с металлопластиковой трубы на штуцер. Для герметизации соединений используйте уплотнительную нить. В начале и конце змейки закрепите переходники для подключения шлангов подачи и отвода воды.
Окрасьте конструкцию в чёрный цвет из краскопульта или баллончика.
Змеевик коллектора окрашивают чёрной краской
Подключите змеевик к насосу и удостоверьтесь, что при перекачивании воды не возникает течь. Если какое-то соединение недостаточно герметично, слейте воду и пересоберите его, а потом снова проведите проверку.
Закройте верх короба прозрачным стеклом или монолитным поликарбонатом. Если нет возможности использовать цельный лист, сделайте алюминиевую рамку в размер имеющихся фрагментов (лучше не больше четырёх) и надёжно закрепите панели. Каждый стык тщательно обработайте прозрачным силиконом, чтобы водонагреватель был герметичным.

По описанной схеме собирают коллектор мощностью 1,6–2 кВт.

Для удешевления устройства используют гибкую трубу из сшитого полиэтилена. Она изначально чёрная и монтируется змейкой с помощью всего двух фитингов. Но в этом случае вода будет соприкасаться не с гигиеничным металлом (как в описанном случае), а с пластиком. Это нежелательно, если вода предназначена и для приготовления еды.

Видео: как сделать плоский солнечный водонагреватель с медными трубками

Монтаж гелиоколлектора

Устройство устанавливается на крыше. Этот вариант подходит и для загородных домов, и для многоэтажек. Лучше, если крыша скатная и угол наклона приближен к широте этого региона. В таком случае понадобится прикрепить на её южной стороне кронштейны к доскам сквозь кровельный материал. Коллектор будет размещаться на 15–20 см выше уровня крыши параллельно скату. Это наиболее гармоничное решение, особенно если в доме используется несколько водонагревателей. Иногда коллектор утапливают в крышу, чтобы защитный экран оказался на одном уровне с декоративным покрытием кровли. Но такой способ гораздо затратнее и может ослабить конструкцию крыши.

Лучше всего монтировать систему плоских коллекторов на скатной крыше

На плоских крышах коллекторы монтируют на специальные конструкции, удерживающие их под заданным углом. Подставки можно приобрести готовыми или сварить самостоятельно из уголков. К основе металлоконструкция крепится большими анкерными болтами.

На плоской крыше коллекторы монтируют на специальные конструкции

На дачах солнечные коллекторы устанавливают рядом с домом или бассейном на открытом солнечном участке. В таком случае выбирают место на уже созданной площадке или оборудуют надёжное основание отдельно. Для этого понадобится прямоугольная площадка с утрамбованной насыпной подушкой, гидроизоляцией и покрытием из тротуарной плитки, керамогранита, другого прочного твёрдого и погодоустойчивого материала. Впоследствии на ней монтируется металлическая или деревянная подставка-мольберт, на которую и крепится гелиоколлектор.

Установка солнечного коллектора на опоры, не имеющие общего основания, считается менее надёжным вариантом, но помогает сэкономить место

Обслуживание солнечного коллектора

Как и любое другое оборудование, устройство требует обслуживания. Самые распространённые работы:

Если коллектор был куплен, при первой же поломке стоит вызвать мастера, а в гарантийный период - обратиться к представителю производителя. Самодельный солнечный водонагреватель придётся ремонтировать своими силами, но найти поломку и устранить её в изделии собственного изготовления гораздо проще, чем в заводском. Опыт мастеров по ремонту коллекторов подсказывает, что сначала нужно проверить состояние клапанов, датчиков, накопительного бака и насоса, т. к. они менее надёжны, чем сама гелиоустановка.

В системах ГВС с гелиоколлектором чаще всего выходят из строя клапаны и датчики

Видео: инструкция по сборке солнечного коллектора из алюминиевых банок

Владельцы солнечных коллекторов уверены: стоит однажды оценить возможности этого устройства, и без него уже будет просто невозможно обойтись. Теперь и вы можете обеспечить дом или дачу дешёвым и безопасным теплом.

На сегодняшний день современные технологии и материалы позволяют использовать альтернативные источники энергии максимально эффективно. Одним из таких источников является солнце. Преобразование его энергии в электричество и тепло является экономичным (практически бесплатным) способом обогрева помещений. А также таким образом можно защитить окружающую среду от загрязнений. Для подогрева воды можно сделать солнечный водонагреватель своими руками.

Сфера использования

Солнечный гелиоколлектор используется для нагрева воды в бассейнах, отопления помещений или горячего водоснабжения. Суть работы заключается в использовании энергии солнца для нагрева теплоносителя. Хотя солнце имеет разную интенсивность зимой и летом, обогрев воды таким способом возможен круглый год. Это и является предпосылками для использования такого способа.

К примеру, на один квадратный метр зимой нужно от 1 до 3 кВт/час вырабатываемого электричества, а летом этот показатель возрастает до 6−8 кВт/час. В северных регионах все показатели можно увеличивать на 30% и более. Даже в северных регионах гелионагреватели активно применяются и помогают решить проблему с подачей горячей воды, отопления и тому подобного. В южных регионах и средней полосе такие устройства полностью обеспечат дом горячей водой и теплом, конечно, имеется в виду большие агрегаты на несколько квадратных метров. Они могут полностью заменить бойлер.

Как нагреть воду на даче. Солнечный коллектор своими руками

К достоинствам системы можно отнести:

Недостатками такой системы являются:

высокая цена при покупке заводского оборудования;
коэффициент полезного действия напрямую зависит от месторасположения и времени года;
зависимость эффективности от солнечного света и облачности;
несмотря на довольно высокую мощность панели подвержены градобитию;
необходимость в установке теплоаккумулирующей ёмкости.

Солнечный коллектор нагреватель воды своими руками Часть 1

Разновидности солнечных коллекторов

Солнечные коллекторы можно классифицировать по многим параметрам. В первую очередь следует упомянуть о температуре, при которой работают гетеронагреватели. Так, устройства разделяются на:

низкотемпературные - работают при 50 градусах;
среднетемпературные - температурный диапазон 80−90 градусов;
высокотемпературные - способны доводить теплоноситель до состояния кипения.

Есть высокотемпературные устройства, которые могут работать при температуре 200−300 градусов, но такие применяются исключительно в производственных целях. Солнечный нагреватель воды своими руками можно сделать только первой и второй группы. Для производства высокотемпературных коллекторов понадобится дорогостоящее и профессиональное оборудование.

Если разделять устройства по конструкции, то можно выделить три основных вида:

вакуумные устройства;
плоские водонагреватели;
гелиоконцентраторы.

Вакуумные нагреватели воды работают по принципу термоса. Основой конструкции являются несколько десятков стеклянных колб с двумя камерами. Внешняя делается из высокопрочного стекла, которое «не боится» града и ветра. Внутренняя производится со специальным напилом для увеличения способности поглощать солнечные лучи. Между камерами создаётся вакуум для того, чтобы избежать теплопотерь.

Во внутренней трубке находится медный контур, в котором циркулирует теплоноситель - низкокипящий фреон, нагревающий конструкцию вакуумного гелиоколлектора. Процесс нагревания реализуется благодаря испарению технологической жидкости и передачи тепла рабочей жидкости, которая находится в главном контуре. Как правило, для этих целей используется антифриз.

Солнечный коллектор своими руками

Такая система может обеспечить работу при температуре до 50 градусов. Самостоятельно построить эту конструкцию достаточно сложно. В связи с этим самодельных устройств подобного типа существует очень мало.

Плоский водонагреватель выглядит как невысокий изолированный короб. Панель для поглощения солнечной энергии имеет повышенную теплопроводность. Благодаря этому можно добиться максимального нагрева теплоносителя, который движется по трубчатому контуру.

Принцип работы гелиоконцентратора заключается в нагреве определённой точки с помощью сферического зеркала. Непосредственный нагрев теплоносителя происходит в спиральном контуре из металла, который находится под фокусом зеркала. Главным преимуществом гелиоколлекторов с концентрацией солнечных лучей в одной точке является возможность нагрева теплоносителя до высокой температуры. Но у начинающих и опытных мастеров такая система не пользуется популярностью, поскольку есть необходимость слежения за местонахождением солнца.

Для того чтобы сделать солнечный коллектор для летнего душа своими руками, идеально подходит плоская конструкция. Также нужно учесть наличие теплоизоляции, медных абсорберов и стекла, которое имеет большую пропускную способность света.

Солнечный коллектор своими руками - обзор, обвязка.

Устройство и принцип действия

Плоский водонагреватель состоит из деревянной рамы с плотно зашитой задней стенкой. На дно монтируется главный элемент нагрева - абсорбер. Зачастую он производится из металлического листа, на который крепится коллектор из трубок в виде змеевика или в параллельном положении. Трубки к металлической пластине привариваются или припаиваются тщательно, шов не должен быть прерывчатым. Это необходимо для того, чтобы теплопередача была максимальной.

Жидкостный контур состоит из вертикально расположенных трубок. Они присоединяются к горизонтальному контуру с большим диаметром. Входные и выходные отверстия располагаются диагонально. Такая схема позволяет максимально эффективно отбирать тепло с теплообменника. Зачастую антифриз выступает основным теплоносителем. Но можно выбирать и другие незамерзающие вещества.

Абсорбер необходимо покрасить светопоглощающей краской. Короб утепляется изоляционными материалами , а сверху устанавливается закалённое стекло или оргстекло. Упростить задачу можно с помощью деления площади остекления на две части. Для более высокой производительности применяются стеклопакеты.

Такая конструкция создаёт эффект термоса, что позволяет уменьшить теплопотери от ветра, дождя и других погодных явлений.

Принцип работы следующий:

Современные технологии позволяют использовать нагретый теплоноситель даже после того, как солнце скроется за тучами. Происходит это благодаря постоянному движению теплоносителя и наличию теплоаккумулирующей ёмкости.

Самостоятельное производство из подручных средств

Подогрев воды от солнца своими руками можно сделать разными способами. Но все они имеют одну особенность: одинаковая конструкция теплоизоляции короба. Зачастую основу делают из дерева, ДСП и тому подобных материалов. Сверху конструкция покрывается антисептическими веществами, а потом лаком и светоотражающей пленкой. Утепление происходит за счёт монтажа минеральной ваты. Абсорбер делают из металлических и пластиковых трубок. Все остальные элементы изделия можно изготовить из ненужных подручных материалов.

Одним из самых дешёвых вариантов гелиоколлектора для летнего душа является использование садового шланга или ПВХ-трубы. Они складываются в форме улитки на металлической или деревянной поверхности. Эффективность их применения заключается в большой площади нагрева. Обязательно нужно устанавливать теплоаккумулирующую ёмкость. Если этого не сделать, то очень жаркими летними днями абсорбер будет перегреваться. Сам шланг лучше брать чёрного цвета. Таким образом, солнечные лучи будут максимально нагревать теплоноситель. Использовать этот вариант можно не только для подогрева воды для летнего душа, но и для тёплого пола или бассейна.

С целью постройки гелиоколлектора часто используется и конденсатор старого холодильника. Теплообменник с внешней стороны будет уже готовым абсорбером для солнечного коллектора. Придётся только установить его на теплопоглощающий лист металла, а также вмонтировать в корпус. Разумеется, что коэффициент полезного действия небольшой, но для удовлетворения потребностей в подаче тёплой воды в летнее время для небольшого загородного дома в самый раз.

Использование старого радиатора - ещё один вариант самостоятельного производства гелиоколлектора. Он более удобен в изготовлении, поскольку здесь не требуется даже установка дополнительной теплоотражающей пластины. Достаточно вмонтировать его в кожух и предварительно покрыть жаростойкой краской. Один радиатор способен перекрыть потребность в горячем водоснабжении в летнее время. Если установить несколько единиц, то вполне возможно в холодную солнечную погоду обойтись без дополнительных источников нагрева воды.

Также весьма популярны в последнее время медные, металлопластиковые, полиэтиленовые трубки для создания коллектора своими руками. Все они имеют свои плюсы и минусы. К примеру, медные трубки нуждаются в больших трудозатратах по установке, а также большом бюджете на их покупку.

Особенности установки

Для монтажа установки необходимо тщательно подбирать место. Оно не может быть затенённым, так как гелиоколлектор должен получать максимальное количество солнечных лучей на протяжении всего светового дня. Монтажные рейки, которые держат основу, делаются из деревянных планок или металла. Их расположение и длина должны рассчитываться таким образом, чтобы наклон плиты к солнцу мог регулироваться от 45 до 60 градусов.

Для уменьшения теплопотери накопительная ёмкость следует размещать максимально близко к установке. Циркуляция теплоносителя может быть естественной или принудительной. Это зависит от определённых условий. Для последнего случая используется дополнительно циркуляционный насос и термодатчик, который будет контролировать температуру воды и включать двигатель, когда градус достигнет запрограммированного уровня.

Человечество активно жжёт нефть, газ, уголь, торф, дрова и другие виды топлива, чтобы обеспечить себе комфортное существование, приготовление пищи и реализацию других потребностей. Тем самым оно засоряет атмосферу, отравляя природу в собственном доме. Замкнутый круг. Разорвать его можно, только используя альтернативные источники энергии, одним из которых является солнечный свет. Он поможет вырабатывать электричество, греть воздух или воду при помощи устройств, которые можно изготовить собственноручно.

Как работают солнечные водонагреватели, в чём выгода

Распространёнными способами использования энергии солнца в настоящее время являются два направления: выработка электроэнергии и прямой нагрев воды для хозяйственных и санитарных нужд. Накопленный опыт технических решений в этом направлении говорит об их достаточной эффективности, следствием чего становится значительная экономия затрат на отопление и горячее водоснабжение.

Солнечные коллекторы могут применяться для отопления и нагрева воды не только в летнее время, но и в течение всего года

Разовые затраты на изготовление позволят в дальнейшем регулярно получать бесплатное тепло и использовать его по своему усмотрению.

Классификация солнечных водонагревателей

Устройства для утилизации солнечной энергии можно условно разделить на виды по разным признакам. Например, по применяемому способу циркуляции теплоносителя:

Устройства, в которых используется естественная циркуляция. В этом случае нагретая вода, имеющая меньшую плотность, естественным образом поднимается по ёмкости и попадает в накопитель. Во избежание потерь тепла накопитель нужно изолировать с применением рулонных утеплителей . Характерными особенностями такого технического решения является вертикальное или наклонное расположение регистров нагрева и необходимость установки бака-накопителя выше уровня верхней части теплообменника.

Движение жидкости осуществляется не при помощи насоса, а за счёт разной плотности

Агрегаты с принудительным обращением теплоносителя. Для этого применяются маломощные, но довольно эффективные циркуляционные насосы. При такой конструкции накопитель тёплой воды можно располагать в любом месте, включая подвал. При использовании бойлера косвенного нагрева в качестве теплоносителя можно использовать масло, чаще всего применяется трансформаторное.

Чтобы горячая вода не остывала, бак необходимо утеплить

Можно разделить водонагреватели по конструкционным особенностям греющего коллектора:

Вакуумные. Их устройство представляет собой колбу из кварцевого стекла, внутри которой располагаются элементы нагревательного устройства. Кварцевое стекло свободно пропускает ультрафиолетовое излучение, что позволяет согревать воду до образования пара, а если применяется масло, то его температура может достигать 250–300 градусов. Воздух из колбы откачивается, что предотвращает рассеивание светового потока и повышает эффективность системы. Изготовить такой нагреватель в домашних условиях практически невозможно, а заводские изделия стоят довольно дорого. Но, учитывая высокую эффективность таких устройств, на такую трату можно согласиться, ведь они работают зимой, летом и в пасмурную погоду.

Вакуум является лучшим теплоизолятором, поэтому потери тепла в коллекторе минимальны

Панельные. В таких конструкциях в качестве теплообменника используются плоские панели, например, стальные штампованные радиаторы отопления. По сравнению с первыми, такие устройства гораздо менее эффективны, большое количество тепла теряется в процессе прохождения по сети водоснабжения и в самом коллекторе. Панели нужно упаковать в корпус из материала с низкой теплопроводностью, верхнюю стенку изготовить из стекла, поликарбоната или прозрачного пластика. Но ни один из этих материалов не пропускает ультрафиолетового излучения, что и является причиной их пониженной эффективности.

В конструкциях используются плоские панели

Классификация по типу греющего контура:

разомкнутые - это самая простая система для организации в доме горячего водоснабжения. При этом нагретая вода не возвращается в нагреватели, а расходуется на покрытие бытовых потребностей;

одноконтурные системы - подогретая в коллекторе вода после прохождения системы отопления возвращается обратно. Схема оборота воды из солнечного коллектора встраивается в отопительную систему и работает с принудительной циркуляцией через узел подмеса;

В одноконтурной системе потребляемая горячая вода циркулирует через солнечный коллектор и бак

двухконтурные - нагретый теплоноситель подаётся в бойлер косвенного нагрева, где отдаёт тепло находящейся в нём воде. Охлаждённый возвращается в коллектор солнечного нагревателя. В первичном контуре при такой организации целесообразно использовать масло. Вода из вторичного контура может использоваться как в системе отопления, так и в схеме горячего водоснабжения дома. Бойлер рекомендуется утеплять дополнительно для снижения потерь энергии.

Контуры циркуляции незамерзающей жидкости и расходной воды разделены

Ориентируясь по принципу действия, можно разделить водонагреватели на активные и пассивные:

пассивные системы - приёмный бак всегда находится над коллектором, циркуляция воды происходит естественным образом. Устройство не требует дополнительного инструментального контроля. Недостатком такой системы является неравномерная работа и скачкообразные показатели по мощности. Применяется для временных установок типа летнего душа или сезонного использования в системе горячего водоснабжения дома или оросительных сетях для полива огорода;

Пассивные системы можно использовать только в летнее время

активные - такие системы, как правило, оснащаются циркулярными насосами, контроллерами температуры и давления. Солнечная энергия преобразуется в тепловую и распределяется. Можно применять такие устройства в течение круглого года при соответствующих настройках.

Солнечный водонагреватель активного типа может работать в любую погоду

Особняком стоят коллекторы воздушные, в которых преобразование энергии производится нагревом воздуха, естественным образом попадающего в атмосферу помещения. К недостаткам такого способа можно отнести ограниченность применения по времени года, поскольку летом такая функция не востребована.

Воздушный солнечный водонагреватель имеет самое простое устройство

Какой солнечный водонагреватель лучше изготовить своими руками

Выбор конструкции и вида солнечного водонагревателя зависит от назначения устройства. Простейшим по исполнению является летний душ.

Строительство летнего душа

Для устройства этого объекта нужно сделать кабинку. Можно использовать любой водостойкий листовой материал. Главное требование - удобство применения и прочность каркаса, поскольку ёмкость придётся размещать на крыше.

В качестве ёмкости можно использовать бак грузового автомобиля. Он идеально подходит по форме, окрашен в чёрный цвет и снабжён как заливным, так и сливным отверстиями. Параллельно с коллекторным баком устанавливается ёмкость для холодной воды, которую нужно защитить от воздействия солнечных лучей. Из дополнительного оборудования применяется только смеситель.

В качестве ёмкости для воды используется бак чёрного цвета

От летнего душа часто практикуется подача горячей воды в летнюю кухню. Это зависит от места её расположения, поэтому важна предварительная планировка подворья с учётом и этого обстоятельства.

Летний душ с солнечным водонагревателем, сделанным своими руками, надёжен и экономичен

Горячее водоснабжение дома

Горячая вода в загородном доме нужна в холодное время года, поскольку летом в доме только отдыхают, остальные потребности удовлетворяются летней кухней, сезонным душем и бассейном, в которых можно просто устроить солнечные нагреватели.

Для межсезонья и холодного времени года использование солнечной энергии связано с дополнительными затратами на утепление коллекторов и трубопроводов к ним.

Монтаж водяного коллектора можно производить с использованием циркуляционного насоса, бойлера косвенного нагрева и приборов контроля за температурой и давлением в системе. В изолированном первичном контуре целесообразно использование в качестве теплоносителя минерального трансформаторного масла, имеющего большую теплоёмкость по сравнению с водой и пониженную температуру замерзания. Однако при любом теплоносителе в систему нужно встроить котёл дополнительного нагрева на случай сильных морозов. Для этой цели лучше применять индукционный нагреватель, который легко изготовить своими руками с использованием сварочного инвертора. Его включение в работу можно устроить в автоматическом режиме, если речь идёт о дачном доме без постоянного проживания. Индукционный котёл не является объектом поднадзорности технических служб.

Вода из бойлера косвенного нагрева может быть использована как в бытовых целях, так и на отопление.

Для горячего водоснабжения и отопления загородного дома лучше использовать двухконтурный коллектор

Расчёт мощности солнечного коллектора

По фактическим расходам считается, что для удовлетворения потребности одного человека в горячей воде требуется от двух до четырёх киловатт тепловой энергии.

Для примера произведём расчёт мощности для реальных условий Подмосковья.

Исходные данные:

Основываясь на данных, приведённых в таблице поступления солнечной энергии в различных регионах России, площадь поглощения составит 2,35 м 2 .

Показатель инсоляции для Подмосковья составляет 1173,7 киловатта в час с квадратного метра.

Коэффициент полезного действия коллекторов составляет 0,67–0,8. Целесообразно использовать первый показатель, характерный для самодельных конструкций и устаревших моделей.

Величина угла наклона будет использована оптимальная для региона. В первом приближении он должен быть равён величине географической широты места нахождения преобразователя.

Показатель инсоляции зависит от региона

Расчёт площади поглощения солнечной энергии для одной трубки, учитывая, что приведённая величина соответствует коллектору из 15 элементов: 2,35 м 2 / 15 шт. = 0,15 м 2 . Соответственно, приведённая величина для 1 м 2 составит: 1 / 0,15 = 6,67 (штук), то есть регистр коллектора указанной площади будет состоять из 7 трубок.

Рассчитываем тепловую мощность одной трубки, что позволит определить необходимое их количество для удовлетворения средней потребности в энергии. Получаемая от одного нагревателя мощность из расчёта потребления на день рассчитывается из соотношения: N = S * I * K, где:

N - мощность одной трубки;

S - площадь поглощения одной трубки;

I - показатель величины инсоляции для Подмосковья;

K - коэффициент полезного действия в минимальном размере.

N = 0,15 * 1173,7 * 0,67 = 117,95 киловатта в час на метр квадратный.

Средний показатель выработки энергии за сутки составит (с учётом продолжительности светового дня) для Подмосковья 0,325 киловатта в час. А годовая экономия с одного квадратного метра составит: 117,95 * 7 = 825,6 киловатта в час.

Таким образом, выработка тепловой энергии солнечным коллектором в 2,35 квадрата достигает 8 киловатт в день. Обратившись к началу, можно убедиться, что коллектор приведённой величины полностью отвечает потребностям в горячей воде для семьи из трёх человек.

Приведённая методика весьма условна, однако, как показывает практика, вполне достоверна для определения основных параметров коллектора.

Мощности одного коллектора достаточно для семьи из трёх человек

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

Материалы и инструменты, технология сборки

Рассматриваем потребность в материалах и изделиях параллельно с описанием технологии изготовления солнечного коллектора. Такая работа может быть выполнена в следующем порядке.

Изготовление корпуса

Для этого понадобятся:

влагозащищённый материал для задней стенки. Это может быть многослойная водостойкая фанера, пластик или другие подобные материалы;

доска строганая хвойных пород 150х32 мм. Все детали из дерева нужно обработать антисептиками и противопожарными пропитками;

утеплитель рулонный;

степлер строительный для крепления утеплителя изнутри корпуса;

фольга алюминиевая для создания отражающей поверхности по утеплителю;

поликарбонат сотовый или монолитный по размеру корпуса толщиной 4 мм. Отверстия для его крепления должны располагаться не ближе 4 см от края листа, поэтому нужно учесть этот фактор при определении размера . Можно устанавливать с напуском. Желательно приобрести материал без защитного слоя от ультрафиолета, при этом нагрев будет происходить и в пасмурную погоду;

уплотнитель из пористой резины (лента - самоклеящаяся) под поликарбонат.

Последовательность сборки:

Стенки из доски крепятся к задней стенке винтами самонарезающими длиной 50 мм при помощи шуруповёрта с шагом 25–30 см.

Устанавливается утеплитель, крепление производится строительным степлером скобами не короче 10 мм.

Поверх слоя утеплителя устанавливается отражающая поверхность из фольги.

На торец досок корпуса наклеивается уплотнитель.

Фольга защищает утеплитель от теплового излучения абсорбера

Монтаж коллектора

Изготавливая этот ответственный узел своими руками, можно использовать стальные штампованные радиаторы от холодильника или отопления. Для этого необходимо:

Перед установкой радиатор нужно окрасить чёрной матовой краской, используя кисть малярную или валик.

Установить его в корпус через прокладки с зазором порядка 20 мм от задней стенки, закрепить самонарезающими винтами к задней стенке.

Радиатор устанавливается на фольгу

Подключить выходную трубу коллектора, используя изделие из металлопластика с внутренним диаметром порядка 20 мм.

Подключить обратку из того же материала.

Для подвода воды можно использовать трубы ПВХ

По окончании сборки коллектора установить лицевую стенку из поликарбоната. При этом отверстия под винты должны быть на 1–1,5 мм больше диаметра винтов для компенсации теплового расширения.

Монтаж контура

Операция выполняется в соответствии с ранее разработанным проектом в следующем порядке:

Выполнить разводку к бойлеру косвенного нагрева, подключить к патрубку его внутреннего контура, представляющего собой теплообменник.

Провести разводку от бойлера к коллектору, предусмотрев установку циркулярного насоса и индукционного нагревателя.

В баке делают отверстия для входа и выхода теплообменника, ввода холодной воды и забора нагретой

Назначение подогрева двойное: главное - предотвращение замерзания коллектора при критически низких температурах наружного воздуха, дополнительное - повышение температуры в системе до нужного уровня при тех же условиях. Использование индукционного нагревателя обязывает к установке циркулярного насоса. При этом необходимо предусмотреть защиту от включения нагревателя без него.

Закольцевать контур подключением трубы разводки к обратке коллектора.

В зависимости от типа конструкции может понадобиться установка датчиков температуры, ТЭНов, воздухоотводчиков

По ходу монтажа нужно определить высшую точку системы и установить на ней клапан стравливания воздушных пробок. В нижней точке нужно установить сливной кран для удаления теплоносителя в аварийных условиях.

Производя сборку системы, нужно применять материалы для уплотнения резьбовых соединений в виде льняной пакли или уплотнительного материала из фторопласта.

Сборка системы

Операция заключается в установке коллектора в корпусе на место постоянного расположения. Это должен быть южный склон кровли здания. Порядок выполнения работ:

Поднять коллектор на крышу и закрепить его с нужным углом.

Коллектор устанавливается под углом

Выполнить отверстия в кровельном пироге для проводки выходной трубы и обратки.

Соединить трубы в общий контур.

Заполнить систему теплоносителем, включить циркулярный насос (без индуктора) и проверить контур на протечки, при необходимости - устранить их.

Герметично заделать отверстия в кровле.

Изолировать трубную разводку собранного контура утепляющими материалами.

Видео: как самостоятельно сделать солнечный коллектор

Особенности использования солнечных коллекторов

Система отопления или горячего водоснабжение в доме постоянного проживания всегда находится под контролем, что позволяет использовать её с минимальным набором контрольных приборов. Всегда есть возможность вовремя отреагировать на изменения погоды или возникновение критических нарушений в её работе.

В условиях дачного дома нужно предусмотреть ряд блокировок от различных сбоёв, вплоть до полной безопасной остановки работы. Это предполагает использование дорогостоящей аппаратуры. Для дачного варианта также весьма полезной будет возможность установки дежурного режима, позволяющего поддерживать в помещениях минимальную необходимую температуру во время длительного отсутствия хозяев.

В замкнутых двухконтурных системах всегда сохраняется возможность использования нагретой воды из бойлера как для системы отопления, так и для бытовых нужд. Длительное отсутствие хозяев предполагает, что бытового расхода не будет, а автоматизация отопления - давно отработанная операция.

Использование солнечной энергии эффективно и целесообразно. Покупные водонагреватели могут стоить достаточно дорого, но их применение позволит сэкономить на электроэнергии. Кроме того, простую модель солнечного коллектора можно изготовить самостоятельно, из подручных материалов.

Экологические проблемы постоянно диктуют новые условия жизни. Это связано как с чистотой окружающей среды, так и с дефицитом энергоресурсов. По данным всемирных организаций, их количество не безгранично, и для решения данной проблемы выделяется огромное количество ресурсов. Это и финансовые вложения, и научные проекты, и множество прочих мероприятий. Такой подход дает свои плоды, и в результате в жизни общества появляются качественно новые приборы, инструменты и методы, внедряемые как в производственные процессы, так и в будничную жизнь людей.

Одним из таких нововведений являются энергосберегающие системы, использующие альтернативные источники энергии, главным и наиболее мощным из которых является солнечное излучение. Как и у всех источников энергии, его использование сопровождается рядом проблем, самой актуальной из которых является короткий период применения в холодных климатических зонах. Однако, несмотря на это, имеется ряд эффективных методов, использующих принципы накопления солнечной энергии.

Солнечные водонагреватели с древности до современности

Есть много способов использования солнечной энергии. Одним из наиболее популярных методов, применяемых как в бытовых, так и в промышленных условиях, стали солнечные водонагреватели. Эти устройства используются веками, а с применением современных технологий получили новый виток популярности. С древних времен и до недавних пор воду, как и другие жидкости, при помощи солнца нагревали в открытых или закрытых емкостях темного цвета, что способствовало скорейшему подогреву.

Сейчас же, в электронный век, все чаще применяются более современные элементы, которые позволяют не только нагревать воду при помощи солнца, но и поддерживать заданную температуру теплоносителя. Они включают массу технических разработок, касающихся как используемых структурных элементов, так и способов управления. Их конструкция разнообразна и в большинстве своем зависит от целевого назначения прибора, а также применяемых технологий и материалов. Часть из них выпускается только промышленным способом, но другая часть может исполняться и в кустарных условиях.

Виды и классификация приборов

На практике реализован ряд принципов, которые позволяют использовать энергию Солнца. Различают несколько вариантов конструкции, независимо от того, сделан солнечный водонагреватель своими руками или нет. Главный критерий классификации - теплоноситель. Он может быть жидким и металлическим. В качестве теплоизолятора может использоваться вакуум. Солнечные водонагреватели могут быть прямого действия или косвенного. В первом случае вода нагревается непосредственно солнцем, а во втором случае это происходит путем преобразования солнечной энергии в электрическую, а затем в тепловую, которая и нагревает жидкость.

В замкнутом или разомкнутом контуре она может передвигаться также двумя способами, зависящими от типа структуры - принудительно при помощи насосов и других нагнетающих давление установок или самотеком. Также их можно разделить по области применения. Например, солнечные водонагреватели для дома относятся к числу малопроизводительных устройств. Они характеризуются небольшими размерами. А солнечный водонагреватель для бассейна или другого объекта временного использования, предназначенный для постоянного многоцелевого нагрева воды в больших количествах, имеет и соответсвующие размеры, а также относится к другому классу.

Производители и потребители

На рынке представлен ряд производителей, имеющих опыт в подобных разработках и создающих массово такие изделия. Основные фирмы-конкуренты - VIESMANN, SOLVIS, VAILANT. Главные государства потребители - Саудовская Аравия, Израиль, Мальта и многие страны Евросоюза. Кроме того, это направление активно популяризируется в Китае, РФ, США и Австралии.

Ценовая политика и материалы для изготовления

Солнечный водонагреватель, цена которого велика, пользоваться спросом не будет, поэтому модели продвигаемых изделий либо изготовляют из дешевых материалов, либо их мощность делают максимальной, чтобы товар мог себя в скором времени окупить. В южном Китае экономят на теплопроводниках. Их делают пластинчатыми, но при этом результат не страдает - мощности изделий хватает, поскольку Солнце здесь гораздо активнее, чем в северных регионах. В холодных странах используют более дорогие теплоизолированные системы на основе солнечных батарей. Они более энергоэффективны, и их стоимость соответствующая.

Рынок солнечных коллекторов также предлагает потребителям разные модификации готовых систем. К примеру, простая модель для дома стоит от 300 у.е. Но есть и модели с дополнительным оборудованием, которое существенно упрощает эксплуатацию. Это могут быть насосы и различные датчики. Цена таких устройств стартует от 550 у.е.

Домашний солнечный водонагреватель своими руками: схема конструкции

Бытует мнение, что устройства для нагрева от солнца имеют сложную конструкцию. Однако можно сделать солнечный водонагреватель своими руками. Схема коллектора, входящего в его состав, проста. Ее можно собрать из имеющихся запчастей или сконструировать из новых. Она представляет собой змеевик из тонкого легко нагреваемого металла, установленный на платформу и защищенный стеклом. Соорудить солнечный водонагреватель своими руками можно за сутки. Для этого потребуется подготовить монтажную площадку в виде бетонного или плиточного покрытия. Смонтировать на ней платформу из имеющихся легких, но прочных материалов, к примеру, дерева. И установить ее при помощи анкеров под углом на площадку.

Платформа с креплениями для змеевика окрашивается в черный цвет. Поверх устанавливаются трубы и соединяются воедино. Их также окрашивают. Сверху устанавливается обычное одинарное или двойное стекло толщиной от 4 мм, которое закрепляется в направляющих на платформе. На выведенные трубы змеевика устанавливают краны и при помощи коротких шлангов подключают к насосу.

Вакуумная модель и ее особенности

Схема солнечного водонагревателя на основе вакуума совершенно иная. Она гораздо сложнее и требует профессиональных конструкторских навыков. В ее структуру входит: теплообменник с наружной изоляцией и клапаном, подключенные к нему вакуумные трубки, расширительный бак, установленный внутри теплообменника, электронагреватель, соединительные трубки и сливной кран.

Также он может включать рабочую станцию, контроллеры и датчики в зависимости от выбранного типа.

Вакуумные трубки имеют многокомпонентную структуру, состоящую из собственно трубок, созданных из ударопрочного стекла, абсорберов, располагаемых внутри трубок, и ряда прочих вспомогательных элементов. Вариант такой конструкции собирается преимущественно из уже готового набора. Купив его, можно с легкостью смонтировать солнечный водонагреватель. Цена на него колеблется в зависимости от выдаваемой мощности (количества кВт).

Преимущества и недостатки пассивных и активных типов

Солнечные водонагреватели с самотечным передвижением теплоносителя называют пассивными. При выборе такого варианта следует учитывать проблему его размещения. Движение воды здесь происходит благодаря разнице плотности холодного и нагретого теплоносителя. Поэтому такая система должна предусматривать наличие накопительного бака и продуманную систему трубопровода. Такие гелиосистемы имеют низкую скорость накопления нагретой жидкости и это их основной недостаток. Но все плюсы от других гелиосистем в них присутствуют. Это низкое энергопотребление, отсутствие вредных испарений и выделений, экономическая целесообразность. Поэтому солнечные водонагреватели в случае применения элементов активизации потока жидкости становятся практически незаменимыми. Однако для этого требуются дополнительные источники энергии, их питающие, поэтому энергетически независимыми они не являются, в отличие от самотечных пассивных моделей.

Итоги

Среднему классу высокоэффективные солнечные водонагреватели не по карману. Их конструкция включает ряд дорогостоящих компонентов, срок окупаемости которых измеряется годами. Но энергонезависимый солнечный водонагреватель, своими руками выполненный - не выдумка. Его без проблем можно изготовить в домашних условиях. Кроме того, на рынке представлен широкий ассортимент бойлеров, использующих солнечную энергетику, от мировых производителей. Большая часть подобных гелиосистем использует коллекторы, устанавливаемые на крышах зданий и на прилегающей к ним территории под углом, оптимально подобранным для заданной климатической зоны. Часть таких изделий полностью энергонезависимы от других источников энергии. Подбор модели происходит исключительно по выдвигаемым требованиям к мощности устройства и возможности его установки в заданных условиях. Их применение может иметь временный или постоянный характер для нагрева воды с конкретной заданной целью или для общего пользования.