Коллектор с солнечными батареями

Солнечные коллекторы: разновидности оборудования и особенности его использования

Солнечные коллекторы – техническое устройство для преобразования солнечной энергии в тепловую. Их установка в частном доме позволит сократить, а в некоторых случаях полностью избавиться от расходов на отопление. Но оборудование имеет немалую стоимость, поэтому при его покупке и установке важно не допустить ошибок.

Устройство и принцип работы

Солнечный коллектор — панель, размером в несколько квадратных метров, внутрь которой встроен нагревательный элемент, накапливающий энергию солнца. Весь принцип работы устройства можно сравнить с обычным водонагревателем. Лучи аккумулируются в нем и передаются в теплообменник, заполненный теплоносителем, который нагревается и начинает циркулировать по отопительной системе.

Направление движения может меняться с помощью смесителя. Остывший теплоноситель вновь поступает в резервуар. Естественная циркуляция обеспечивается расширением теплоносителя, который поднимается и вытесняет холодный в резервуар. В солнечный день движение непрерывно, температура жидкости в трубах отопления сохраняется на уровне + 70 градусов.

Оборудование различается по виду теплоносителя и общей конструкции. Каждый вид имеет определенные преимущества и недостатки.

В зависимости от конструкции коллекторы делятся на следующие виды:

Открытые

Это оборудование состоит из не защищенных с внешней стороны системы трубок. Конструкция максимально простая, поэтому некоторые народные умельцы сооружают ее самостоятельно. Стоимость таких коллекторов даже в готовом виде не высокая. Однако эффективность их работы очень низкая. Отсутствие изоляции приводит к большим теплопотерям. Такие системы можно применять в основном для организации ГВС.

Закрытые

В данных моделях система трубок изолирована прозрачным стеклом с полосой пропускания 0,4 – 1,8 мкм. Это обеспечивает максимальное поглощение солнечных лучей. Стекло надежно защищает трубки от механического воздействия. Диапазон применения закрытых коллекторов выше открытых. Летом они обеспечивают потребности в горячей воде. В зимний период могут использоваться в качестве основных или дополнительных источников отопления.

В зависимости от общей конструкции существует дополнительная классификация солнечных коллекторов:

Плоские

Панели, покрытые прозрачным стеклом или поликарбонатом. Внутри вмонтированы медные трубки, наполненные теплоносителем. Задняя часть панели покрыта минватой с целью теплоизоляции.

Преимущества плоских коллекторов:

• высокая производительность;
• возможность установки под любым углом;
• самостоятельная очищаемость от снега.

К минусам относят:

• повышенную утечку тепла через лицевую сторону.
  Такие коллекторы эффективны как дополнительный
  источник тепла.

Вакуумный

По основному принципу работы они схожи с плоскими коллекторами. Но продуктивность их на порядок выше. Внутри устройства расположена стеклянная колба, наполненная техническим вакуумом. Ее стенки покрыты высокоселективным веществом, поглощающим до 96% солнечных лучей. Вакуум нагревается до + 300 градусов, одновременно препятствуя утечке тепла. Эта разновидность коллекторов способна работать даже в условиях пониженных температур. Для них главное – наличие солнечных лучей.

К минусам вакуумных коллекторов относят высокую стоимость.

Коллекторно — концентраторный

Данная разновидность коллекторов редко используется для отопления. Их основное предназначение – сушка сельхозпродукции на складах. Принцип работы коллекторно-концентратных моделей основан не на нагреве теплоносителя, а на повышении температуры воздуха.

Преимущества и недостатки

Главный плюс коллекторов в качестве источника тепла – общедоступность солнечной энергии. Даже в хмурую погоду эти устройства улавливают и аккумулируют в себе лучи, обеспечивая нагрев теплоносителя. При этом полностью отсутствуют какие-либо выбросы вредных веществ в атмосферу. По сути это самый экологичный вид энергии.

Коллекторы не производят шума. Благодаря установке на крыше, не занимают площадь участков.

К преимуществам также относят:

1. Длительный срок эксплуатации оборудования. Качественные коллекторы выполняются из ударопрочного материала, которому не страшны осадки и порывы ветра.
2. Независимость от внешних источников энергии. Коллекторы работают при длительном отключении электричества. Их обладателям не страшны перебои с горячим водоснабжением.
3. Экономичность. Гелиоустановки даже при совместном использовании с газом или электричеством сокращают расходы на оплату ЖКУ на 30 – 60 %.

Однако использование солнца в качестве отопления заключается в непостоянности освещенности. Как раз тогда, когда тепло особенно необходимо, его подача уменьшается. Ночью она равна нулю.

Особенности применения в разных регионах

Эффективность использования солнечных коллекторов зависит от географической широты расположения дома. Их установка более целесообразна на юге, где преобладает солнечная погода большую часть календарного года.

Но во многих регионах, летом коллектор работает по максимуму, а зимой – по минимуму. Связано это не только с количеством солнечных дней, но и с углом падения лучей.

Критерии выбора оборудования

Основное требование при покупке гелиосистем – правильный расчет мощности.

Сначала определяют, будет система круглогодичной или сезонной:

• Коллекторы сезонного типа состоят из бака накопителя и коллектора. Теплоносителем служит вода. Она замерзает при отрицательных температурах, поэтому использование ее в холодную часть года невозможно.
• Круглогодичные системы могут эффективно использоваться вне зависимости от температуры окружающей среды. В конструкции используется незамерзайка, которая обеспечивает высокий КПД даже в холодные дни.

Для прикидочного расчета можно воспользоваться следующей информацией:

1. Для отопления понадобится бойлер объемом равным 3-х кратному объему теплоносителя в системе отопления.
2. Количество трубок подбирают в зависимости от индивидуальных особенностей строения.

Увеличивать мощность более, чем в два раза не рекомендуется. Это повлечет проблемы с утилизацией тепла летом. Иначе существует опасность развития стагнации системы – одной из проблем гелиоколлекторов. Если из контура забирается недостаточно тепла, происходит перегрев теплоносителя.

Он может закипеть, а это приведет к прекращению циркуляции по контуру. После остывания теплоносителя, работа системы возобновится. Но не все теплоносители переносят переход из жидкого состояния в газообразное. Некоторые превращаются в желе, что делает невозможной последующую эксплуатацию контура.

Избежать стагнации поможет стабильный отвод тепла:

1. Установка резервной емкости для накопления горячей воды.
2. Подогрев воды в бассейне.
3. Слив горячей воды.
4. Внешний теплообменник с вентилятором.
5. Сброс тепла в грунт.
6. Изоляция коллектора от солнечных лучей. К примеру, автоматическими рольставнями.

Требования к установке

Эффективность работы гелиосистемы зависит от соблюдения рекомендаций по их установке. Коллектор должен располагаться на открытом пространстве, куда не падает тень от зданий, деревьев, гор.

Большое значение имеет ориентация. В северном полушарии «зеркала» должны быть развернуты строго на юг. Если технически сделать этого невозможно, следует юго-запад или юго-восток.

Подключение к отопительной системе

Способ подключения зависит от того, какой тип циркуляции используется. Проще всего подключиться к системе с естественной циркуляцией. Главный принцип в этом варианте – нагрев воды.

Выше уровня коллектора подключается накопительный бак. Верхний вывод подключают ко входу горячей воды, а нижний к обратке. На входе в коллектор могут возникнуть воздушные пробки.

Подключение к системе с принудительной циркуляцией несколько иное:

1. Контроллер управляет насосом на основе показаний датчиков.
2. Когда температура достигает заданного значения, нагрев прекращается.
3. Бак-накопитель, обратка и выход коллектора — места, где устанавливаются такие датчики вместе с такой системой лучше использовать дополнительные источники тепла. Например, твердотопливные или газовые котлы. На степень нагрева воды в системе в таких случаях влияет местоположение коллектора по отношению к солнцу, и уровень наклона.

Источник

Как сделать солнечный коллектор своими руками: типы конструкций и этапы работ

Солнечный коллектор – это альтернативный источник получения тепловой энергии за счёт использования солнечной. Сейчас это удобное приспособление уже не новшество, но позволить себе его установку может далеко не каждый. Если подсчитать, покупка и монтаж коллектора, который удовлетворит бытовые нужды среднестатистической семьи, могут обойтись в пять тысяч американских долларов. Само собой, окупаемости такого источника придется ждать довольно долго. Но почему бы не сделать солнечный коллектор своими руками и установить его?

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

Накопительные

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

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

Плоские

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

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

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

Жидкостные

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

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

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

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

Воздушные

Воздушные устройства экономичнее вышеперечисленных аналогов, использующих воду в качестве теплоносителя. Воздух не замерзает, не подтекает и не кипит как вода. Если в такой системе происходит утечка, она не приносит столько проблем, однако определить где она произошла довольно сложно.

Самостоятельное изготовление не обходится потребителю дорого. Солнцеприемная панель, которая накрывается стеклом, нагревает воздух, который находится между ней и теплоизоляционной пластиной. Грубо говоря, это плоский коллектор, имеющий внутри пространство для воздуха. Внутрь поступает холодный воздух и под действием солнечной энергии подаётся потребителю тёплый.

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

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

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.

Для того чтобы получить максимальный эффект от использования коллектора и бесплатно подогревать воду на протяжении семи месяцев в году, он должен иметь большую поверхность и дополнительные теплообменные устройства.

Коллектор Станилова

Инженер Станислав Станилов представил миру самую универсальную конструкцию солнечного коллектора. Основной идеей использования разработанного им устройства является получение тепловой энергии за счет создания парникового эффекта внутри коллектора.

Конструкция коллектора

Конструкция этого коллектора очень проста. По сути, это солнечный коллектор из стальных труб, сваренных в радиатор, который помещён в деревянный контейнер, защищённый теплоизоляцией. В качестве теплоизоляционного материала могут выступать минеральная вата, пенопласт, понополистирол.

На дно коробки кладется оцинкованный металлический лист, на который монтируется радиатор. И лист, и радиатор окрашиваются в чёрный, а сама коробка покрывается белой краской. Разумеется, контейнер накрывается стеклянной крышкой, которая хорошо герметизируется.

Материалы и детали для изготовления

Для сооружения такого самодельного солнечного коллектора для отопления дома понадобится:

• стекло, которые будет служить в качестве крышки. Размер его будет зависеть от габаритов короба. Для хорошей эффективности лучше подбирать стекло размером 1700 мм на 700 мм;
• рама под стекло – её можно сварить самостоятельно из уголков или сколотить из деревянных планок;
• доска для короба. Тут можно использовать любые доски, даже с разборки старой мебели или дощатого пола;
• прокатный уголок;
• соединительная муфта;
• трубы для сборки радиатора;
• хомуты для крепления радиатора;
• лист оцинкованного железа;
• приёмная и выпускная труба радиатора;
• бак объемом 200−300 литров;
• аквакамера;
• теплоизоляция (листы пенопласта, пенополистирола, мин. вата, эковата).

Этапы работ

Этапы изготовления коллектора Станилова своими руками:

1. Из досок сколачивается контейнер, дно которого укрепляется брусьями.
2. На дно укладывается теплоизолятор. Основание должно быть особенно тщательно утеплено, чтобы избежать утечки тепла у теплообменника.
3. После на дно короба устраивают оцинкованную пластину и устанавливают радиатор, который сваривается из труб, и закрепляют его стальными хомутами.
4. Радиатор и лист под ним окрашиваются в черный цвет, а короб – в белый или серебристый.
5. Бак с водой должен быть установлен под коллектором в теплом помещении. Между ёмкостью для воды и коллектором нужно устроить теплоизоляцию, чтобы трубы находились в тепле. Бак можно поместить в большую бочку, в которую можно засыпать керамзит, песок, опилки и т.д. и таким образом утеплить.
6. Над баком нужно установить аквакамеру для того чтобы в сети создавалось давление.
7. Монтаж солнечного коллектора своими руками нужно осуществлять на южной стороне кровли.
8. После того как все элементы системы готовы и установлены, нужно соединить их в сеть полудюймовыми трубами, которые должны быть хорошо утеплены, дабы уменьшить теплопотери.
9. Неплохо будет соорудить и контроллер для солнечного коллектора своими руками, так как заводские устройства эксплуатируются недолго.

Расчет размеров

Расчёт размеров для того чтобы изготовить солнечный коллектор для отопления своими руками, прежде всего, направлен на определение нагрузки системы теплоснабжения, покрытие которой берет на себя это устройство. Само собой, что подразумевается использование нескольких источников энергии в комплексе, а не только энергии солнца. В этом деле важно расположить систему таким образом, чтобы она взаимодействовала с другими – тогда это даст максимальный эффект.

Для определения площади коллектора нужно знать, для каких целей он будет использоваться: отопление, подогрев воды или и того, и другого. Проанализировав данные водомера, потребностей в обогреве и данные инсоляции местности, в которой планируется установка, можно высчитать площадь коллектора. К тому же, надо учесть потребности в горячей воде всех потребителей, которые планируется подключить к сети: стиральной машины, посудомоечной машины и т.д.

Селективное покрытие

Селективное покрытие выполняет едва ли не самую основную функцию в работе коллектора. Пластина или радиатор с нанесённым покрытием притягивают в разы больше солнечной энергии, превращая её в тепло. Можно приобрести специальный химикат в качестве селективного покрытия, а можно просто окрасить теплонакопитель в чёрный цвет.

Чтобы сделать селективное покрытие для солнечных коллекторов своими руками, можно применить:

• специальный готовый химикат;
• оксиды разных металлов;
• тонкий теплоизоляционный материал;
• чёрный хром;
• селективную краску для коллектора;
• чёрную краску или пленку.

Коллекторы из подручных материалов

Собрать солнечный коллектор для отопления дома своими руками и дешевле и интереснее, ведь изготовить его можно из различных подручных материалов.

Из металлических труб

Этот вариант сборки походит на коллектор Станилова. При сборке солнечного коллектора из медных труб своими руками, из труб варится радиатор и помешается в деревянный короб, проложенный изнутри теплоизоляцией.

Наиболее эффективными будут медные трубы, алюминиевые тоже можно использовать, но их тяжело варить, а вот стальные – наиболее удачный вариант.

Такой самодельный коллектор не должен быть чересчур большим, чтобы его было легко собрать и монтировать. Диаметр труб на солнечные коллектора для сварки радиатора должен быть меньше, чем у труб для ввода и вывода теплоносителя.

Из пластиковых и металлопластиковых труб

Как сделать солнечный коллектор своими руками, имея в домашнем арсенале пластиковые трубы? Они менее эффективны в качестве теплонакопителя, однако в разы дешевле меди и не коррозируют как сталь.

Трубы выкладываются в короб по спирали и закрепляются хомутами. Их можно покрыть черной или селективной краской для большей эффективности.

С укладкой труб можно экспериментировать. Так как трубы плохо гнутся, их можно укладывать не только по спирали, а и зигзагом. Среди преимуществ, пластиковые трубы легко и быстро поддаются пайке.

Из шланга

Чтобы сделать солнечный коллектор для душа своими руками понадобится резиновый шланг. Вода в нем нагревается очень быстро, поэтому его тоже можно использовать в качестве теплообменника. Это самый экономичный вариант при изготовлении коллектора своими руками. Шланг или полиэтиленовая труба укладывается в короб и прикрепляется хомутами.

Так как шланг скручен по спирали, в нем не будет происходить естественная циркуляция воды. Чтобы использовать в данной системе ёмкость для накопления воды, необходимо оснастить её циркуляционным насосом. Если это дачный участок и горячей воды уходит немного, то того её количества, которое буде поступать в трубу, может оказаться достаточно.

Из банок

Теплоносителем солнечного коллектора из алюминиевых банок выступает воздух. Банки соединяются между собой, образуя трубу. Чтобы сделать солнечный коллектор из пивных банок нужно обрезать днище и верх каждой банки, состыковать их между собой и склеить герметиком. Готовые трубы помещаются в деревянный короб и накрываются стеклом.

В основном, воздушный солнечный коллектор из пивных банок используют для устранения сырости в подвале или для обогрева теплицы. В качестве теплонакопителя можно использовать не только пивные банки, а и пластиковые бутылки.

Из холодильника

Солнечные водогрейные панели своими руками можно соорудить из непригодного холодильника или радиатора старого авто. Конденсатор, извлеченный из холодильника, надо хорошо промыть. Горячую воду, полученную таким способом, лучше использовать только для технических целей.

На дно короба расстилается фольга и резиновый коврик, потом на них укладывается конденсатор и закрепляется. Для этого можно применить ремни, хомуты, либо то крепление, которым он был прикреплен в холодильнике. Для создания давления в системе не помешает установить над баком насос или аквакамеру.

Видео

Вы узнаете, как сделать солнечный коллектор своими руками, из следующего видео.

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Источник