Якщо ви прихильник альтернативних методик отримання недорогої теплової енергії, спробуйте зробити елементарний сонячний колектор своїми руками. Його пристрій порівняно простий, а ефективність досить висока.
Різновиди сонячних колекторів – якими вони бувають?
Під колекторами розуміють пристрої, які здатні поглинати сонячну енергію, модифікувати її тепло, а потім відправляти на теплоносій. Стандартний сонячний колектор виконується у вигляді пластмасового або металевого корпусу, який встановлюють пластини чорного кольору з металу. Ці платівки можуть нагріватися до певної температури.
Залежно від її величини колектори ділять на високо-, середньо-і низькотемпературні. Високотемпературні пристрої виготовити в домашніх умовах неможливо. Вони створюються за складними технологіями для експлуатації на великих промислових об'єктах. Середньотемпературні конструкції, що акумулюють достатню кількість сонячної енергії, можна використовувати для опалення житлових будинків, а низькотемпературні – для обігріву води. Ці два типи колекторів цілком можливо зробити самому.
Пристрої, що цікавлять нас, поділяють на такі види:
- плоскі;
- накопичувальні;
- повітряні;
- рідинні.
Плоский колектор – це конструкція у вигляді ящика із металу з пластиною для поглинання світла від Сонця. Вона накрита кришкою зі скла з невеликим вмістом заліза, за рахунок чого на платню, що сприймає, потрапляє практично все сонячне світло. Конструкція обов'язково термоізолюється. Коефіцієнт корисної дії такого колектора об'єктивно малий – близько 10%. Збільшити можна за допомогою нанесення спеціального напівпровідника з аморфними характеристиками на пластину. Такі пристрої підходять для нагрівання води в побуті.
Найбільш ефективним вважається термосифонний (накопичувальний) колектор. Його використовують для нагрівання води та підтримки температури на заданому рівні у приміщенні протягом деякого часу. Конструктивно він виконується у вигляді 1-3 баків, що встановлюються в ящик із теплоізоляцією. Як і плоский пристрій, його накривають кришкою зі скла. У холодну пору застосовувати такий колектор важко. А ось влітку, коли світло від Сонця дуже сильне, його можна експлуатувати в домашніх умовах.
Рідинні сонячні конструкції використовують як теплоносій воду. Вони виготовляються з розімкненим або замкнутим принципом теплообміну, можуть бути без шибок і засклені. Експлуатація подібних пристроїв пов'язана з незручностями - вони часто підтікають і можуть замерзнути в зимові місяці. Цих проблем позбавлені повітряні колектори, які найчастіше застосовуються для сушіння фруктів, овочів та щодо невеликих обсягів іншої сільськогосподарської продукції. Повітряний апарат є конструктивно простим, його легко обслуговувати, тому він користується заслуженою популярністю.
Як працює колектор - все просто
Кожна з конструкцій, що розглядаються в статті для перетворення сонячної енергії в теплову, має два основних компоненти - теплообмінний і світлоуловлювальний акумуляторний пристрій. Друге служить для уловлювання сонячних променів, перше – для їхньої модифікації в тепло.
Найпрогресивніший колектор – вакуумний. У ньому акумулятори-труби вставляються один в одного, а між ними формується безповітряний простір. По суті ми маємо справу з класичним термосом. Вакуумний колектор завдяки своїй конструкції забезпечує ідеальну теплоізоляцію пристрою. Труби у ньому, до речі, мають циліндричну форму. Тому промені Сонця потрапляють ними перпендикулярно, що гарантує отримання колектором великої кількості енергії.
Існують і простіші пристрої – трубні та плоскі. Вакуумний колектор перевершує їх за всіма показниками. Єдина проблема – відносно висока складність виготовлення. Зібрати такий прилад вдома можна, але потрібно докласти чимало зусиль.
Теплоносієм в сонячних колекторах для опалення, про які йдеться, виступає вода, яка коштує мало, на відміну від будь-яких сучасних видів палива, і не виділяє в довкілля вуглекислого газу. Пристрій для уловлювання та перетворення променів Сонця, яке можна зробити самому, з геометричними параметрами 2х2 квадратних метра, здатний протягом 7–9 місяців забезпечувати вас щодня приблизно 100 л теплої води. А конструкції великих розмірів можна експлуатувати і для опалення будинку.
Якщо ви хочете зробити колектор для цілорічного використання, потрібно буде встановити на нього додаткові теплообмінники, два контури з антифризом і збільшити його поверхню. Подібні пристрої забезпечать вас теплом і в сонячну, і в хмарну погоду.
Як виготовити самостійно?
У Європі потрібними є установки для опалення будинку, що виробляються за кресленнями Станіслава Станілова - відомого винахідника та інженера з Болгарії. Зібрати такий сонячний колектор своїми руками можете і ви, керуючись наведеною схемою виконання робіт:
- Беремо дерев'яні дошки перетином 12х2,5 (3) см, збиваємо з них короб, посилюючи додатково його днище брусками 5х3 см.
- Укладаємо на дно ящика, що вийшов, теплоізолюючий матеріал - мінвату, пінополістирольні або пінопластові плити, а зверху - лист жерсті або звичайного заліза.
- Зі сталевих труб потрібно буде зробити радіатор трубчастого типу (зварити між собою кілька трубних виробів) і встановити його в короб.
- Ретельно фіксуємо радіатор сталевими, замазуємо щілини та зазори в ящику, герметизуємо його.
- Зовнішні елементи конструкції фарбуємо в білий або сріблястий колір (тим значно зменшуємо теплові втрати), радіатор і дно короба - в чорний колір.
Після цього потрібно буде зробити тепловий накопичувач та спеціальну аванкамеру. Функцію першого може виконувати будь-яка герметична ємність об'ємом 150-400 літрів. Допускається брати кілька баків та з'єднувати їх між собою. Аванкамеру нескладно зробити із судини (обов'язково герметичної) об'ємом 40 і більше літрів. У ній слід помістити звичайний шар-кран, що використовується в . Він необхідний формування невеликого, але постійного тиску в камері.
Накопичувач саморобного пристрою для опалення будинку теплоізолюють і ставлять у заздалегідь підготовлений короб із фанери. Відстань між його стінками та накопичувальним баком заповнюють пінопластом, мінеральною ватою. Деякі умільці використовують для ізоляції і звичайну тирсу, щоб знизити вартість конструкції. Тепер можна приступати до складання та встановлення колектора. Спочатку монтуєте аванкамеру та накопичувач в одну конструкцію. У накопичувачі рівень води має бути по відношенню до рівня в аванкамері нижче на 0,8-0,9 метрів.
Потім під'єднуєте до складових колектора труби: підживлення накопичувача, подачі води (гарячої) до змішувачів, подачі води (холодної) до аванкамери та до змішувачів, введення холодної води та дві дренажні – для аванкамери та для накопичувача. На ділянки з малим тиском води рекомендується ставити трубні вироби перетином 1 дюйм, з високим тиском - 1/2 дюйма. Для приєднання труб використовуються згони, трійники, перехідники, фітинги. Тут потрібно дивитися за ситуацією, які елементи купувати, монтуючи колектор для опалення приватного будинку.
Зібрану конструкцію ставлять на покрівлі південного боку будівлі. По відношенню до горизонту кут її нахилу має становити приблизно 45°.
Як зібрати повітряний колектор для будинку з водостічних труб?
Ще простіше і дешевше виготовити пристрій, який замість води використовує повітря як теплоносій. Повітряний колектор для нагрівання води та опалення будинку роблять так:
- Збирають каркас із 3–4-сантиметрових дощок. На задню стінку додатково кріплять лист фанери (близько 1 см завтовшки) з високими вологостійкими властивостями.
- Бічні поверхні зібраного ящика ізолюємо пінополістиролом, а задню стінку утеплюємо мінеральною ватою.
- Абсорбер, який буде мати наш повітряний колектор, роблять з тонкого алюмінієвого листа, алюмінієвих водостічних труб і хомутів для кріплення цих елементів в одну систему. Аркуш укладається в корпус, до нього прикріплюють труби. Останні додатково фіксуються перегородкою з деревини.
- Робимо з одного боку корпусу вхід та вихід для труб.
- Фарбуємо в чорний колір повітряний колектор.
На лицьову частину конструкції кріпимо лист стільникового полікарбонату. Тепер можна встановлювати зроблений колектор повітряний. Виконується ця процедура на стійкі опори (пристрій вийде досить важким) з південного боку будівлі. Потім потрібно просто підключити повітряний колектор до системи вентиляції будівлі.
Уся процедура доступна на відео. Користуйтеся на здоров'я альтернативною практично безкоштовною сонячною енергією!
Опалення приватного будинку можна організувати у різний спосіб. Найчастіше це підключення до центральної системи теплопостачання або встановлення індивідуальних опалювальних приладів, що нагрівають теплоносій шляхом спалювання газу, рідкого чи твердого палива. Рідше власники невеликих котеджів для обігріву використовують електричні котли та різні типи тепловентиляторів, спрямовуючи повітряний потік у житлове приміщення.
Сьогодні існують альтернативні методи опалення, наприклад, пристрої, які перетворюють сонячне випромінювання на теплову енергію. Сонячні колектори для опалення будинку досить ефективні, повністю екологічні та не вимагають особливого догляду.
Чому використовувати сонячне опалення вигідно
Система опалення від сонячних колекторів має кілька дуже важливих переваг:
- сонячне тепло безкоштовно і ним можна користуватися у всіх куточках планети, незважаючи на кліматичні умови;
- використання енергії сонця передбачає витрати виключно на придбання установки, решту часу сонячний колектор працює повністю автономно;
- конструкція системи автономного опалення із сонячним колектором досить проста, тому її можна навіть зробити своїми руками.
Важливо розуміти, що саморобний колектор та акумулятор теплової енергії матиме досить низький ККД у порівнянні з промисловими зразками, але все одно дозволить значно заощадити кошти на гарячому водопостачанні будинку.
Найпростіший розрахунок показує, що колектора площею 3 м2 досить не тільки для створення джерела гарячої води в приватному будинку, але і для його опалення в період міжсезоння. Це відчутно знижує витрати на використання енергоресурсів, а отже, і ваш сімейний бюджет.
Влаштування геліоустановки
Сонячні колектори для опалення та створення гарячого водопостачання будинку складаються з наступних компонентів:
- пристрій для нагрівання води чи іншого теплоносія;
- акумулятор теплової енергії;
- контур для переміщення теплової енергії теплоносієм.
Сонячний колектор для облаштування опалення є системою трубок з теплоносієм, в якості якого виступає повітря, вода, пропілен-гліколь або будь-яка інша незамерзаюча рідина. Як акумулятор теплової енергії виступає ємність зі змійовиком, по якому циркулює теплоносія, що надійшов з колектора. Тепловий контур служить для об'єднання пристрою нагрівання води, повітря чи антифризу з акумулятором тепла.
Сонячна енергія потрапляє в колектор, де нагріває теплоносій, що циркулює у геліоустановці. Після нагрівання він потрапляє в акумулятор тепла, де відбувається теплообмін між змійовиком та водою. Нагріта вода з акумулятора надходить у систему опалення або гарячого водопостачання будинку.
Циркуляція води в геліосистемі відбувається самопливом або за допомогою циркуляційного насоса (залежно від призначення системи та способу встановлення бака-акумулятора по відношенню до колектора).
Природний рух води або повітря за контуром обумовлено принципом конвекції, коли після нагрівання рідина прагне вгору від колектора до акумулятора тепла.
Якщо брати до уваги, що геліосистема буде використовуватися тільки для гарячого водопостачання, то окрім сонячного колектора та акумулятора тепла більше нічого не потрібно. Якщо систему планується використовувати для опалення будинку, для прокачування теплоносія через радіатори може знадобитися насос.
Типи поглиначів тепла
Сучасна промисловість освоїла виробництво кількох типів нагрівальних теплообмінників для сонячних систем опалення:
- повітряний;
- плоский;
- Вакуумний.
Всі вони працюють за одним принципом, але мають деякі конструктивні особливості та різницю у ККД. Для правильного вибору того чи іншого типу геліоустановки необхідне знання їх особливостей та грамотний розрахунок. Розглянемо кожен тип сонячного колектора докладніше.
Плоский нагрівальний теплообмінник
Такий тип сонячного колектора для опалення складається з плоского теплоізольованого з трьох сторін коробу, заповненого адсорбуючим тепло речовиною. Усередині цієї речовини знаходиться теплообмінник з тонкостінних металевих труб, яким циркулює вода або пропілен-гліколь.
Конструкція плоского поглинача сонячної енергії та розрахунок необхідних параметрів досить прості, тому саме цей вид «нагрівача», використовують для виготовлення опалювальної геліосистеми своїми руками.
Вакуумний поглинач тепла складається зі скляних труб, усередині яких знаходяться трубки меншого діаметру з адсорбентом, що акумулює сонячне тепло. Усередині трубок з адсорбентом прокладено металеві трубочки, якими рухається теплоносій.
Між скляною трубкою великого діаметру і трубкою з теплою речовиною, що акумулює, створений вакуум, який перешкоджає витоку тепла з адсорбенту в атмосферу.
ККД такої установки найвищий серед усіх типів сонячних колекторів. Виходячи з потужності пристрою розраховують його необхідну площу для нагрівання теплоносія.
Повітряний колектор для обігріву будинку
У такому пристрої як теплоносій використовується повітря, циркуляція якого здійснюється як природним способом, так і за допомогою вентилятора. Як правило, повітряний колектор використовують виключно для обігріву в період міжсезоння невеликих дачних будівель, оскільки така конструкція має досить низький ККД. Крім того, для нагрівання води та створення гарячого водопостачання будинку ця установка не підходить, тому використовується нашими співвітчизниками вкрай рідко.
Незважаючи на низьку ефективність повітряний поглинач має дві переваги: просту конструкцію та відсутність теплоносія (води), а разом з нею та корозії, течій, проблем із замерзанням та ін.
Створення сонячного колектора своїми руками
Для створення плоского поглинача сонячного тепла знадобиться досить складний розрахунок необхідної площі теплообмінника, обсягу ємності та довжини контуру. Самостійний розрахунок потребує відповідних знань, досвіду та вихідних даних. Для спрощення завдання вам буде представлено три основні типорозміри геліосистеми:
- об'єм акумуляторного бака в 100-150 л; довжина труби теплообмінника 7 м, площа колектора 2 м2;
- об'єм акумуляторного бака 150-300 л довжина труби теплообмінника 9 м, площа колектора 3 м2;
- об'єм акумуляторного бака 200-400 л довжина труби теплообмінника 12 м, площа колектора 4 м2.
Інструкція з самостійного збирання.
Короб
Зробити його можна з фанерного або пластикового листа та дерев'яних рейок, закріплених по його периметру як борти.
Для його виготовлення необхідно зварити решітку або зігнути з металевих труб, які будуть використовуватися для нагрівання теплоносія. Готовий виріб закріпити скобами на другий аркуш пластику або фанери та пофарбувати чорною матовою фарбою.
Приклеїти теплоізолятор по всій площі короба.
Складання
Встановити теплообмінник у підготовлений короб. Зверху поглинача встановити скло, попередньо промазавши місця його зіткнення з герметичним коробом на основі силікону. Саморобний поглинач сонячного тепла готовий.
Виготовлення акумулятора тепла
З мідної труби слід зробити змійовик, після чого помістити його в підготовлену ємність, попередньо проробивши отвори для входу та виходу теплоносія. Вивести через ущільнення з акумулятора кінці теплообмінника.
Утеплення
Необхідно ретельно утеплити бак-акумулятор мінеральною ватою.
Для безпеки утеплювального шару закрити його листом оцинкованого металу, створивши своєрідний «чохол».
Монтаж
Слід виготовити опорну конструкцію під акумулятор тепла та встановити поруч із ним готовий сонячний колектор. Після цього всі пристрої з'єднати тепловим контуром.
Запуск системи
Для нагрівання води та подачі її в будівлю слід заповнити систему антифризом, а акумулятор тепла водою. Через 20-30 хвилин вода в баку почне нагріватись, після чого її можна використовувати для опалення приміщення або інших потреб.
Альтернативні джерела відновлюваної енергії мають величезну популярність. У деяких країнах ЄС автономне теплопостачання покриває понад 50% потреб енергії. У РФ сонячні колектори поки що не набули широкого поширення. Одна з основних причин: дорожнеча обладнання. За геліопанель вітчизняного виробника потрібно віддати щонайменше 16-20 тис. крб. Продукція європейських брендів коштуватиме ще дорожче, починаючи з 40-45 тис. руб.
Виготовлення сонячного колектора своїми руками буде дешевшим, принаймні о пів на половину. Саморобний геліоколектор забезпечить достатньою кількістю тепла для нагріву душової води на 3-4 особи. Для виготовлення знадобляться будівельні інструменти, кмітливість та підручні засоби.
З чого можна зробити геліосистему
Спочатку слід розібратися в тому, який принцип роботи використовує сонячний водонагрівач. У внутрішньому пристрої блоку є такі вузли:- корпус;
- абсорбер;
- теплообмінник, усередині якого циркулюватиме теплоносій;
- відбивачі для фокусування сонячних променів.
- Абсорбція тепла – сонячні промені проходять крізь скло, розташоване поверх корпусу, або через вакуумні трубки. Внутрішній абсорбуючий шар, що контактує з теплообмінником, пофарбований селективною фарбою. При попаданні сонячних променів на абсорбер виділяється велика кількість тепла, яке збирається та використовується для нагрівання води.
- Теплопередача – абсорбер розташований у тісному контакті з теплообмінником. Акумульоване абсорбером і теплообміннику, що передається тепло, нагріває рідину, що рухається по трубках до змійовика всередині бака теплонакопичувача. Циркуляція води у водонагрівачі здійснюється примусовим чи природним способом.
- ГВП - використовується два принципи підігріву гарячої води:
- Пряме нагрівання - гаряча вода після нагрівання просто скидається в теплоізольовану ємність. У моноблочній геліосистемі як теплоносій використовується звичайна побутова вода.
- Другий варіант - забезпечення ГВП з пасивним водонагрівачем за принципом непрямого нагріву. Теплоносій (часто антифриз) під тиском направляється в теплообмінник геліоколектора. Після нагрівання розігріта рідина подається в накопичувальний бак, усередині якого вбудований змійовик (гравець, що грає, нагрівального елемента), оточений водою для системи гарячого водопостачання.
Теплоносій розігріває змійовик, за допомогою чого передає тепло воді, що знаходиться в ємності. При відкритті крана нагріта вода з теплоакумулюючої ємності надходить до точки водорозбору. Особливість геліосистеми з непрямим нагріванням здатність працювати протягом усього року.
Робочі конструкції сонячних водонагрівачів мають схожий пристрій. Тільки виготовляються із підручних матеріалів. Існують схеми виробництва колекторів із:
- полікарбонату;
- вакуумні трубки;
- ПЕТ пляшок;
- пивних банок;
- радіатора холодильника;
- мідних трубок;
- ПНД та ПВХ труб.
Колектор із полікарбонату
Виготовляють із стільникових панелей, що відрізняються хорошими теплоізоляційними властивостями. Товщина листів від 4 до 30 мм. Вибір товщини полікарбонату залежить від потрібної тепловіддачі. Чим товстіший лист і осередки в ньому, тим більше води зможе нагріти установка.Щоб зробити геліосистему, зокрема саморобний сонячний водонагрівач з полікарбонату, знадобляться такі матеріали:
- дві штанги з нарізаним різьбленням;
- пропіленові куточки, на фітингах має бути зовнішнє різьбове з'єднання;
- пластикові труби ПВХ: 2 шт., довжина 1,5 м, діаметр 32;
- 2 заглушки.
Щоб збільшити теплоефективність колектора із стільникового полікарбонату, лист покривають будь-якою селективною фарбою. Нагрівання води після нанесення селективного покриття прискорюється приблизно вдвічі.
Колектор із вакуумних трубок
У цьому випадку не вийде обійтися виключно підручними засобами. Для виготовлення сонячного колектора доведеться придбати вакуумні трубки. Їх продають компанії, що займаються обслуговуванням геліосистем та безпосередньо виробники геліоводонагрівачів.Для самостійного виробництва краще вибирати колби з перовими стрижнями та тепловим каналом heat-pipe. Трубки легше монтувати та міняти у разі потреби.
Також необхідно придбати блок-концентратор для вакуумного сонячного колектора. При виборі звертають увагу на продуктивність вузла (визначається за кількістю трубок, які можна одночасно підключити до пристрою). Раму виготовляють самостійно, збираючи дерев'яний каркас. Економія при виготовленні в домашніх умовах з урахуванням придбання готових вакуумних трубок складе не менше 50%.
Геліосистема із пластикових пляшок
Для приготування потрібно близько 30 шт. ПЕТ пляшок. При збиранні зручніше використовувати тару однакового розміру на 1 або 1,5 л. На попередньому етапі з пляшок знімають етикетки, поверхню ретельно промивають. Крім пластикової тари знадобиться таке:- 12 м шланга для поливу рослин діаметром 20 мм;
- 8 Т-подібних перехідників;
- 2 коліна;
- рулон тефлонової плівки;
- 2 кульові крани.
У ясний день вже за 15 хв. вода нагріється до температури 45°С. Враховуючи високу продуктивність, сонячний водонагрівач із пластикових пляшок має сенс підключити до накопичувальної ємності в 200 л. Останню добре утеплюють для запобігання тепловтратам.
Колектор із алюмінієвих пивних банок
Алюміній відрізняється добрими теплотехнічними характеристиками. Не дивно, що метал використовують для виготовлення опалювальних радіаторів.Алюмінієві банки можна використовувати під час виготовлення саморобних геліосистем. Для виробництва не підійдуть банки з жерсті та будь-якого іншого металу.
Для однієї геліопанелі будуть необхідні наступні комплектуючі:
- банки, близько 15 прим. на лінію, корпус вміщується 10-15 рядів;
- теплообмінник - використовується колектор із гумового шланга, або пластикових труб;
- клей для склеювання банок між собою;
- селективна фарба
Сонячний колектор із алюмінієвих банок найчастіше виготовляють для повітряного опалення. При використанні водяного теплоносія знижується теплоефективність пристрою.
Геліосистема з холодильника
Ще одне популярне рішення, що потребує мінімальних витрат часу та коштів. Сонячний колектор роблять із радіатора старого холодильника. Змійовик вже пофарбований у чорний колір. Достатньо лише укласти ґрати в дерев'яний корпус із ізоляцією та підключити його до ГВП, за допомогою паяння.Існує варіант виготовлення із конденсатора кондиціонера. Для цього кілька радіаторів з'єднують у єдину мережу. Якщо є можливість придбати дешево близько 8 шт. конденсаторів, виготовлення колектора цілком можливе.
Колектор із мідних трубок
Мідь відрізняється добрими теплотехнічними властивостями. При виготовленні мідного сонячного колектора використовують:- труби діаметром 1 1/4", що використовуються при монтажі систем опалення та гарячого водопостачання;
- труби на 1/4", що використовуються в системах кондиціювання;
- газова горілка;
- припій та флюс.
Сонячний бойлер із ПНД труб та ПВХ шлангів
Під час виробництва геліосистем використовують практично будь-який підручний матеріал. Існують рішення, що дозволяють виготовити колектор із гофрошланга, гумового шланга, що використовується для поливу рослин.З металопластикової труби геліосистеми не роблять через гумові ущільнювачі фітинги, що не витримують сильного нагріву. При інтенсивному сонячному випромінюванні нагрівання у колекторі досягає 300°С. При перегріві прокладки ущільнювачів обов'язково дадуть текти.
Існує можливість виготовлення сонячного колектора із гофрованої нержавіючої труби. Популярність рішення обумовлена швидкістю та простотою монтажу. Гофротруба з нержавіючої сталі укладається кільцями або змійкою. Недолік, відносна дорожнеча нержавіючої гофрованої труби.
Незважаючи на існуючі варіанти, описані вище, найбільш популярними залишаються сонячні колектори з пропіленових та ПНД труб. Кожен варіант має свої переваги:
- Сонячний колектор із ПНД труби- Для виготовлення вибирають матеріал, стійкий до нагрівання. Продається велика кількість фітингів, що полегшують збирання теплоакумулюючого радіатора. Труби з поліетилену низького тиску мають чорний або темно-синій колір, тому не вимагають фарбування.
- Сонячний колектор із ПВХ труб- популярність рішення у простоті монтажу конструкції, що здійснюється за допомогою паяння. Наявність великої кількості куточків, трійників, американок та інших фітингів полегшує процес збирання. За допомогою паяння можна створити теплообмінник колектора будь-якої конфігурації.
Виготовлення сонячного водогрійного колектора із PEX труби:
Всі описані труби з тією чи іншою ефективністю використовуються як осердя при виготовленні саморобного геліоколектора з пластикових пляшок та алюмінієвих банок.
Як зробити селективне покриття
Високоефективний колектор має високий рівень поглинання сонячної енергії. Промені потрапляють на темну поверхню, після чого її нагрівають. Чим менше випромінювання відштовхується від абсорбера сонячного колектора, тим більше тепла залишається геліосистемі.Щоб забезпечити достатню акумуляцію тепла, потрібно створити селективне покриття. Варіантів виробництва кілька:
- Саморобне селективне покриття колектора- Використовують будь-які чорні фарби, які після висихання залишають матову поверхню. Є рішення, коли як абсорбер колектора застосовують непрозору темну клейонку. На труби теплообмінника, поверхню банок та пляшок наносять чорну емаль, з матовим ефектом.
- Спеціальні абсорбуючі покриття- можна піти іншим шляхом, придбавши для колектора спеціальну селективну фарбу. До складу селективних ЛКМ входять полімерні пластифікатори та присадки, що забезпечують хорошу адгезію, теплостійкість та високий ступінь поглинання сонячних променів.
Геліосистеми, що використовуються виключно для нагрівання води влітку, можуть обійтися забарвленням абсорбера в чорний колір за допомогою звичайної фарби. Саморобні сонячні колектори для опалення будинку взимку повинні мати якісне селективне покриття. Заощаджувати на фарбі не можна.
Саморобна або заводська геліосистема – що краще
Виготовити в домашніх умовах сонячний колектор, здатний за технічними характеристиками та показниками зрівнятися із заводською продукцією неможливо. З іншого боку, якщо потрібно просто забезпечити достатню кількість води для літнього душу, сонячної енергії буде достатньо роботи найпростішого саморобного водонагрівача.Що стосується рідинних колекторів, що працюють взимку, то навіть не всі заводські геліосистеми можуть працювати при низьких температурах. Всесезонні системи, це найчастіше устрою з вакуумними тепловими трубками, з підвищеним ККД, здатні працювати до температури –50°С.
Заводські геліоколектори часто укомплектовуються поворотним механізмом, що автоматично підлаштовує кут нахилу і спрямованість панелі по сторонах світла, залежно від розташування Сонця.
Ефективний сонячний водонагрівач той, що повністю відповідає поставленим перед ним завданням. Для підігріву води на 2-3 чоловік влітку, можна обійтися звичайним геліоколектором, виготовленим своїми руками з підручних засобів. Для опалення взимку, незважаючи на початкові витрати, краще встановити заводську геліосистему.
Відеокурс з виготовлення панельного сонячного водонагрівача
Використовувати сонячну енергію для побутових потреб мріяли завжди. Особливо актуально ця ідея почала розвиватися останні п'ятдесят років, коли з'явилися нові матеріали, що дозволяють конструювати досить ефективні конструкції. З'явилися і інструменти, за допомогою яких можна в домашніх умовах виготовляти складні технологічні конструкції.
Ідея нагрівати воду за допомогою сонця реалізовувалась ще в давнину. Звичайні бочки, виставлені на сонці або в тіні протягом певного часу поглинали тепловий потік з навколишнього середовища. Температура рідини збільшувалася зі зростанням інтенсивності сонячного випромінювання.
У сімдесятих-вісімдесятих роках XIX століття Йозеф Стефан та Людвіг Больцман відкрили закон теплового випромінювання. Ними було виведено розрахункові формули, виходячи з яких визначається тепловий потік, отримуваний від Сонця, лежить на поверхні Землі. Для об'єктів, розташованих на Землі, використовують таку формулу:
де σ = 5,670367 · 10 -4 , Вт / (м 2 · До 4) - постійна Стефана-Больцмана;
F - площа поверхні тепловосприйняття, м 2;
З 2 – ступінь чорноти поверхні теплосприйняття;
Т 1 – температура теплового випромінювача, поверхні Сонця прийнято вважати, що вона становить Т 1 = 6000 До;
Т 2 – температура теплоприймача – це поверхня, що нагрівається сонячним випромінюванням, (T 2 = t 2 + 273), K;
де t 2 - Температура теплоприймач (тіла на Землі), ° С;
ϕ – кут падіння сонячних променів, °.
Що таке колектор та призначення сонячних колекторів
Під сонячним колектором розуміють пристрій, який збирає енергію випромінювання, та був переміщує накопичену теплоту споживачам. На практиці використовують ще один термін – геліоколектор.
За призначенням сонячні установки (геліоустановки) використання поділяють:
- Геліоконцентратори - пристрої, що збирають сонячну енергію у вузький потік. Їх використовують для плавки металу. В інституті НВО «Фізика-Сонце» (м. Ташкент) було розроблено та виготовлено плавильні печі, в яких досягнуто температури понад 5000…5500 °С;
- сонячні батареї - пристрої для перетворення випромінювання від Сонця на електричну енергію;
- геліоопреснувальні установки - машини, призначені для отримання прісної води з води з високим вмістом мінеральних солей;
- геліосушильні установки - теплові пристрої, в яких здійснюється видалення вологи з овочів та фруктів з використанням енергії Сонця;
- геліонагрівачі (повітряний сонячний колектор) – установки для передачі теплового потоку від інфрачервоного випромінювання теплоносіям.
Як працює сонячний колектор
Сонячне випромінювання, крім видимого світла, має ще й невидимий інфрачервоний спектр. Саме вона й переносить теплову енергію. З досліджень встановлено, що у зоні помірного клімату інтенсивність теплового випромінювання опівдні сягає понад 5 кВт/м 2 . На рис. 1 представлена залежність сумарної інсоляції для 48° північної широти.
Мал. 1 Сумарна інсоляція сонячного випромінювання для різних періодів помірної зони Європи
Інформація до роздумів! Теплову радіацію поділяють на: пряму та розсіяну. Тому навіть у похмурий день відчувається надходження сонячного теплового потоку. З представленої ілюстрації видно, що кількість теплоти, що надходить в літній і зимовий періоди, має значні відмінності. Тому при проектуванні пристроїв враховують можливу ефективність, відповідно до витрат.
Принципова схема геліоколектора представлена на рис. 2. Сонячна радіація надходить усередину колектора через світлопрозору огорожу. На приймальній панелі, пофарбованій у чорний колір, відбувається поглинання теплоти. Внаслідок цього відбувається нагрівання чорного тіла. Подальший процес теплопередачі відбувається конвекцією. Теплота передається від нагрітої стінки до потоку рідини (газу), що переміщується трубопроводами. Рухливе середовище нагрівається.
Увага! Для запобігання тепловим втратам огорожа колектора теплоізолюється. Так як всередині отримана теплота використовується на нагрівання потоку, інтенсивність відбитого випромінювання від панелі, що сприймає випромінювання, невисока.
Різні сонячні колектори розробляються із застосуванням новітніх технологій та сучасних матеріалів. Завдяки таким пристроям відбувається перетворення сонячної енергії. Отримана енергія може нагрівати воду, опалювати приміщення, теплиці та оранжереї.
Апарати можна зміцнювати на стінах, дахах приватного будинку, теплиці. Для великих приміщень рекомендовано придбати фабричні пристрої. Наразі геліосистеми постійно вдосконалюються. Тому сонячні батареї сильно подають у ціні, привертаючи увагу споживачів. Вартість фабричних пристроїв майже рівноцінна фінансовим витратам, витраченим з їхньої виготовлення. Підвищення ціни відбувається лише через фінансову накрутку перекупників. Вартість колектора можна порівняти з грошовими витратами, які будуть потрібні на встановлення класичної системи опалення.
Апарати можна зробити своїми руками.
На сьогоднішній момент виготовлення таких пристроїв набирає все більшої популярності. Варто зауважити, що е ефективність саморобного апарату за своєю якістю сильно поступається фабричним пристроям. Але обігріти невелике приміщення, приватний будинок чи господарські будівлі агрегат, виконаний своїми руками, може легко та швидко.
Вступне відео про пристрій водонагрівача
Принцип роботи
На сьогоднішній момент розроблено різні види геліоколекторів.Але принцип водонагрівання ідентичний – всі пристрої працюють за однією розробленою схемою. У хорошу погоду промені сонця починають нагрівати теплоносій. Він проходить тонкими витонченими трубочками, потрапляючи в бак з рідиною. Теплоносій та трубочки розміщуються по всій внутрішній поверхні бака. Завдяки такому принципу відбувається нагрівання рідини в апараті. Потім нагріту воду можна використовувати на побутові потреби. Таким чином можна опалювати приміщення, використовувати нагріту рідину для душових кабін як гаряче водопостачання.
Температуру води можна контролювати розробленими датчиками. Якщо надто сильне охолодження рідини нижче заданого рівня, то автоматично включиться спеціальний резервний підігрів. Сонячний колектор можна підключити до електричного або газового казана.
Представлено схему роботи, яка підходить для всіх сонячних водонагрівачів. Такий пристрій відмінно підходить для опалення невеликого приватного будинку. На сьогоднішній момент розроблено кілька пристроїв: плоскі, вакуумні та повітряні пристрої. Принцип дії таких пристроїв дуже схожий. Відбувається нагрівання теплоносія від сонячного проміння з подальшою віддачею енергії. Але у роботі спостерігається дуже багато відмінностей.
Відео про різні види альтернативних джерел опалення
Плоский колектор
Нагрівання теплоносія у такому пристрої відбувається завдяки пластинчастому абсорберу. Він є плоскою пластиною теплоємного металу. Верхня поверхня пластини у темний відтінок спеціально розробленою фарбою. До нижньої частини пристрою приварена змієподібна трубка.