Самодельные солнечные водонагреватели

Особенности сборки систем с применением солнечного коллектора

В проектировании автономных систем для горячего водоснабжения и отопления на базе солнечных коллекторов следует всегда предусматривать наличие накопительного бака, который будет выступать в качестве аккумулятора тепловой энергии. Это связано с неравномерным как поступлением энергии, так и ее расходом.

Существуют следующие проверенные на практике схемы подключения в систему солнечного коллектора.

С естественной циркуляцией. В данной схеме накопительный бак располагается выше уровня солнечного коллектора.

• Схема для отопления дома с участием солнечного коллектора. Интенсивность солнечного излучения зависит от географической широты. На северных широтах России его может быть недостаточно для обогрева помещения в зимних условиях. Наиболее эффективна его работа будет в паре с традиционным источником тепла, работающего на твердом топливе или газе. В представленной ниже схеме отопительный котел обозначен за номером 12.
• Схема использования гелиоустановки для одновременного снабжения дома горячим водоснабжением и отоплением.Отличительной особенностью этой схемы является наличие дополнительной накопительной емкости. Ее необходимость вызвана разделением питьевой воды и технической, поступающей исключительно в систему отопления.

Солнечный коллектор для нагрева воды в бассейне.Солнечный коллектор позволяет поддерживать оптимальную температуру в бассейне в течение всего времени суток.

Из чего можно сделать гелиосистему самостоятельно

Для начала следует разобраться в том, какой принцип работы использует солнечный водонагреватель. Во внутреннем устройстве блока присутствуют следующие узлы:

• корпус;
• абсорбер;
• теплообменник, внутри которого будет циркулировать теплоноситель;
• отражатели для фокусировки солнечных лучей.

Заводской коллектор для нагрева воды от солнца работает следующим образом:

• Абсорбция тепла — солнечные лучи проходят сквозь стекло, расположенное поверх корпуса, либо через вакуумные трубки. Внутренний абсорбирующий слой, контактирующий с теплообменником окрашен селективной краской. При попадании солнечных лучей на абсорбер выделяется большое количество тепла, которое собирается и используется для нагрева воды.
• Теплопередача — абсорбер расположен в тесном контакте с теплообменником. Аккумулируемое абсорбером и передаваемое теплообменнику тепло нагревает жидкость, движущуюся по трубкам к змеевику внутри бака теплонакопителя. Циркуляция воды в водонагревателе осуществляется принудительным или естественным способом.
• ГВС — используется два принципа подогрева горячей воды:
  1. Прямой нагрев — горячая вода после нагрева попросту сбрасывается в теплоизолированную емкость. В моноблочной гелиосистеме в качестве теплоносителя используется обычная бытовая вода.
  2. Второй вариант — обеспечение ГВС с пассивным водонагревателем по принципу косвенного нагрева. Теплоноситель (часто антифриз) под давлением направляется в теплообменник гелиоколлектора. После нагрева разогретая жидкость подается в накопительный бак, внутри которого встроен змеевик (играющий роль нагревательного элемента), окруженный водой для системы горячего водоснабжения.
     Теплоноситель разогревает змеевик, посредством чего и передает тепло воде, находящейся в емкости. При открытии крана нагретая вода из теплоаккумулирующей ёмкости поступает к точке водоразбора. Особенность гелиосистемы с косвенным нагревом в способности работать в течение всего года.

Принцип работы, используемый в дорогостоящих заводских гелиосистемах, копируется и повторяется в коллекторах, изготавливаемых своими руками.

Рабочие конструкции солнечных водонагревателей имеют схожее устройство. Только изготавливаются из подручных материалов. Существуют схемы производства коллекторов из:

• поликарбоната;
• вакуумных трубок;
• ПЭТ бутылок;
• пивных банок;
• радиатора холодильника;
• медных трубок;
• ПНД и ПВХ труб.

Судя по схемам, современные «Кулибины» отдают предпочтение самодельным системам с естественной циркуляцией, термосифонного типа. Особенность решения в том, что накопительную емкость располагают в верхней точке ГВС. Вода самотеком циркулирует в системе и подается потребителю.

Насколько выгодны солнечные коллекторы

Окупаемость таких устройств зависит от широты использования. В южных районах, где много солнца, они выгодны. Но на уровне 52 параллели у нас они уже не окупаются, если используются для отопления (зимой солнца мало), но окупаются и севернее, если используются для ГВС в межсезонье и летом.

В Европе, например, где газ дороговат, а техника дешевая, коллектора однозначно выгодны для отопления, даже в северных районах.

У нас точно выгодными оказываются наиболее дешевые летние солнечные коллектора, которые можно изготовить буквально из подручных материалов, или которые сделаны «полукустарно» на местных производствах.

Они используются для подогрева воды в бассейне, летнего душа, ГВС в доме и отопления домов в межсезонье. В зимних условиях дешевые (самодельные) коллектора не могут соперничать по КПД с заводскими, становятся скорее охладителями, поэтому не используются.

Гелиоустановки для систем горячего водоснабжения и отопления

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

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

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

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

Использование солнечных коллекторов имеет очевидные преимущества:

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

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

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

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

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

Основные разновидности солнечных коллекторов

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

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

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

• водяные (жидкостные);
• воздушные.

По уровню предельных температур коллекторы бывают:

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

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

Конструктивно солнечные нагреватели воды могут быть:

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

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

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

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

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

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.

Как самому сделать электрический бойлер?

В первую очередь нужно сказать, что собирать самому различного рода электроприборы можно лишь в случае, когда вы владеете всеми знаниями по электрической безопасности и хорошо разбираетесь в этой технике. Иначе самодельно сделанное устройство сможет нанести вред здоровью и жизни ваших домочадцев.

Если вы уверены, что знания и опыт позволяют вам сделать самому водонагреватель, то предлагаем вариант бойлера, который можно с легкостью собрать в домашних условиях.

Создавать водонагреватель будем на основе прибора под названием «мойдодыр». Это умывальник с подключенным к нему баком для воды, который оборудован нагревателем. Стоит это устройство совершенно недорого, приблизительно 2000-3000 руб. Наша главная цель – это усовершенствовать «мойдодыра», оборудовав его емкостью большего размера (120 л), а также насосом, который позволит наполнять бак автоматически.

Для начала необходимо подобрать подходящее место для установки бака. Он не должен мешаться при перемещении по даче. Помимо этого, нужно расположить бак таким образом, чтобы он для маленьких детей был недоступен.

В бачке прорезаем отверстие и устанавливаем в него поплавок с клапаном – таким, как применяют в бачках унитазов для слива. Чтобы заработала вся система, штанг, который удерживает поплавок, необходимо сделать чуть короче. После подсоединяем бак к смесителю мойки или умывальника. Лучше всего это выполнить с помощью специального шланга от стиралки.

В предварительно сделанное для него отверстие ставим нагревательный элемент. Соединение нужно уплотнить с помощью резиновой прокладки. Желательно для этих целей выбрать нагреватель, который оборудован терморегулятором и рассчитан на мощность 1.3 кВт.

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.

Солнечный нагреватель воды своими руками

Рассмотрим подробнее схему, как сделать два варианта солнечных водонагревателей для отопления дома своими руками.

1. В стороне, которая будет снизу, сверлится отверстие.
2. Устанавливается выходной патрубок.
3. На патрубке навинчивается запорный кран. Можно установить насадку – душ.
4. Прорезается отверстие в верхней стороне бака.
5. По размеру делается крышка любой конструкции. Лишь бы в воду не попадал мусор.
6. Снаружи бак окрашивается тёмной краской, подойдёт кузбасслак.

Если резервуар планируется подключать к водопроводу в доме, в нём делаются отверстия, в которые герметично врезаются трубы, подводящие холодную воду, и отводящие тёплую. Каждый отрезок водопровода снабжается запорной арматурой. В дальнейшем, такая система будет работать под контролем человека: открыть вентиль, чтобы наполнить бак, вовремя закрыть.

Очень облегчит жизнь установка простейшего датчика уровня воды в баке. Это может быть поплавковое устройство или датчик.

2 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.

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.

Сферы применения и требования к установке

Итак, где применяются солнечные водонагреватели?

• Горячее водоснабжение частного дома;
• Отопление;
• Подогрев воды для дачных бассейнов;
• Горячая вода для нужд сельского хозяйства и промышленности.

Солнечный водонагреватель для отопления дома

Рекомендации по установке важно учитывать, поскольку от этого целиком и полностью будет зависеть эффективность работы водонагревателя. Перечислим некоторые рекомендации специалистов:

• Местом монтажа могут служить крыша дома, фасад, балкон;
• Панель водонагревателя обязательно должна смотреть на юг;
• При установке панели следует сделать угол наклона, равный широте вашего региона;
• Поскольку водонагреватель постоянно принимает солнечную энергию, при небольшом потреблении воды может образоваться застой, где теплоноситель вполне может нагреться до 300 градусов. Поэтому запрещено использовать трубы из пластмассы и оцинкованного железа. Лучше всего выполнять змеевик из меди или нержавейки;
• Обязательно нужно сделать изоляцию нагревающихся элементов водонагревателя, чтобы случайно не обжечься;
• При выборе крепежа и изоляции также следует учитывать возможность застоя теплоносителя и его сильный разогрев. То есть, материалы лучше выбирать с запасом прочности. Многие солидные производители температуру застоя пишут в спецификациях или на корпусе устройства. Ориентируйтесь на это значение;
• Панели солнечного водонагревателя должны располагаться на открытом месте с максимальным освещением солнцем. Вокруг не должно быть никаких высоких предметов, отбрасывающих тень;
• Для увеличения эффективности водонагревателя нужно проводить его крепёж на специальном стеллаже, если такую схему установки предлагает производитель;
• При установке каждый вид нагревателя может иметь свои особенности. Тут нужно ориентироваться на рекомендации производителя.

Какие материалы понадобятся

Самодельный солнечный коллектор

У дачников, есть возможность  воспользоваться благоприятной помощью в благоустройстве, естественным коллектором.

Достигается нужный эффект с расширением площадки, поглощающей солнечное излучение.

Применяя специальные пластинки, устроенные в область теплообменника, изделий, обладающих теплопроводимостью, с черной окраской.

По всей площади короба располагают, плотно примыкающие к нему вставки, герметизируют участки входа и выхода, верх накрывают стеклянной пластиной.

Чтобы изготовить простое сооружение понадобится комплект инструментов с материалами:

• минерального утеплителя
• брусков
• трубных обрезков
• стеклянного листа
• профилей
• уголков
• уплотнителей
• металлических листов
• емкости
• фитингов
• краски, обладающей термостойкостью
• трубки, чтобы изготовить змеевик
• влагостойкого фанерного листа
• теплоизоляционного материала
• саморезов
• дюбелей
• дрели
• сварки

Летний вариант конструкции

Приступаем к работе

Прежде чем сооружать солнечный коллектор, необходимо произвести соответствующие расчеты и определить, как много энергии он должен производить. Но от самодельной установки ждать высокого КПД не стоит. Сориентировавшись, что его будет достаточно – можно приступать.

Работу можно поделить на несколько основных этапов:

1. Изготовить короб
2. Изготовить радиатор или теплообменник
3. Изготовить аванкамеру и накопитель
4. Собрать коллектор

Чтобы изготовить коробку под солнечный коллектор своими руками, следует заготовить обрезную доску толщиной 25-35 мм и в ширину 100-130 мм. Дно ее следует сделать текстолитовым, оснастив его ребрами. Оно также должно быть хорошо теплоизолированное при помощи пенопласта (но предпочтение отдают минеральной вате), накрытого оцинкованным листом.

Подготовив короб, настает пора мастерить теплообменник. Следует придерживаться инструкции:

1. Необходимо подготовить 15 тонкостенных металлических трубок длиной 160 см и две дюймовые трубы длиной 70 см
2. В обоих утолщенных трубках сверлятся отверстия диаметра меньших трубок, в которые они будут устанавливаться. При этом нужно следить за тем, чтоб они были по одной стороне соосны, максимальный шаг между ними 4.5 см
3. Следующий этап – все трубки нужно собрать в единую конструкцию и надежно сварить
4. Теплообменник монтируется на лист оцинковки (ранее прикрепленный к коробу) и фиксируется при помощи стальных хомутов (можно сделать металлические зажимы)
5. Днище короба рекомендуют покрасить в темный цвет (например, черный) – он будет лучше поглощать солнечное тепло, но чтобы снизить тепловые потери, внешние элементы красятся белым
6. Завершить монтаж коллектора необходимо установкой покровного стекла около стенок, при этом не забыв о надежной герметизации стыков
7. Между трубками и стеклом оставляется расстояние, равное 10-12 мм

Читать далее: Что делать после штукатурки стен

Остается соорудить накопитель под солнечный коллектор. Его роль может исполнять герметичная емкость, объем которой варьируется около 150-400 л. Если найти одну такую бочку не удается, можно сварить между собой несколько небольших.

Как и коллектор, накопительный бак основательно изолируют от потерь тепла. Остается изготовить аванкамеру – небольшой сосуд объемом 35-40 л. Он должен оснащаться падающим воду устройством (шарнирным краном).

Остается самый ответственный и важный этап – собрать коллектор воедино. Сделать это можно таким образом:

1. Вначале необходимо установить аванкамеру и накопитель. Необходимо следить, чтоб уровень жидкости в последнем был на 0.8 м ниже, чем в аванкамере. Так как воды в таких устройствах может собираться немало, необходимо продумать, каким образом они будут надежно перекрываться
2. Коллектор размещается на крыше дома. Исходя из практики, рекомендуется делать это на южной стороне, наклонив установку под углом 35-40 градусов к горизонту
3. Но нужно учитывать, что между накопителем и теплообменником расстояние не должно превышать 0.5-0.7 м, иначе потери будут слишком существенны
4. В конце должна получиться следующая последовательность: аванкамера обязана располагаться выше накопителя, последний – выше коллектора

Введение в эксплуатацию выполняется следующим образом:

1. Установка заполняется водой посредством нижнего дренажного отверстия
2. Подсоединяется аванкамера и регулируются уровни жидкости
3. Необходимо пройтись вдоль системы и проверить, чтобы не было утечек
4. Все готово к повседневной эксплуатации

Можно сделать солнечный коллектор своими руками достаточно быстро, это не очень сложная работа. Для применения его на даче, в летнее время, вам не понадобятся сложные схемы и особое оборудование:

• Если вода нужна только на улице (летний душ, горячая вода для стирки, бассейна, мытья посуды, прочих хозяйственных потребностей), бак тоже устанавливается на улице.
• Когда вода нужна в доме, бак будет установлен внутри.
• В такой системе происходит естественная циркуляция жидкости, поэтому бак нужно устанавливать на 8-10 сантиметров выше уровня батареи.
• Для соединения бака с батареей (абсорбером) понадобятся трубы определенного диаметра.
• При большой протяженности системы лучше установить насос, который будет усиливать движение теплоносителя.

Солнечный коллектор из металлопластиковых труб

Устройство и принцип действия плоского гелиоколлектора

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

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

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

Солнечный водонагреватель работает так:

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

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

Схема подключения солнечного коллектора к накопительной ёмкости не так сложна