Солнечный коллектор из шланга: мастерим бюджетный водонагреватель

«зимняя» схема подключения солнечного подогрева воды

Если планируется использовать солнечный коллектор круглогодично, то чтобы в сильные холода в трубах вода не замерзала, в контур вместо нее заливается специальный теплоноситель – антифриз, то есть незамерзающая жидкость.

Схема принимает совсем иной вид — устанавливается бойлер косвенного нагрева. В этом случае нагретый в солнечном коллекторе антифриз будет проходить через змеевик-теплообменник бойлера, согревая воду, находящуюся в баке.

В эту систему обязательно встраивается расширительный бак и «группа безопасности» — автоматический воздухоотводчик, манометр и предохранительный клапан, рассчитанный на нужное давление. Для постоянного движения теплоносителя обычно используется циркуляционный насос.

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.

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.

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.

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.

3 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.

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:

1. 1. Нагретый антифриз от солнечных лучей движется по трубкам и через ветку отбора попадает в аккумулирующую ёмкость.
2. 2. Когда жидкость движется по теплообменнику, она передаёт тепло воде.
3. 3. После охлаждения антифриз снова попадает в нижнюю часть контура для повторного нагрева.
4. 4. Горячая вода поднимается в верхнюю часть ёмкости и отбирается для использования в различных направлениях (отопление дома, горячее водоснабжение и тому подобное). В ёмкости теплообмена пополнение количества воды происходит за счёт подключённого водопровода.
5. 5. Если система используется для отопления дома, то для движения воды в замкнутом контуре применяется циркуляционный насос.

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

Алгоритм сборки простой конструкции

Что нам понадобится? Резиновый шланг или труба полиэтиленовая с диаметром 20 или 25 мм. Назначение — для водопровода, цвет — черный. Последний нужен для эффективного поглощения солнечных лучей.

Другие разновидности материалов не подойдут. Они тонкостенные, перегибаются, что приводит к уменьшению потока и внутреннего объема воды. Бухту берем длиной от 50 м. Размер зависит от потребностей.

Самое простое — выложить трубку по спирали на крыше или открытом участке. Если кровля с сильным уклоном, нужно смастерить короб из фанеры. Размеры рамы — 40х40 мм х нужную длину. Поверхности рекомендуется обработать антисептиком для предотвращения гниения и выкрасить в черный цвет. Шланг скручиваем и укладываем в этот модуль.

Чтобы увеличить нагревательную площадь, спираль закручивают в форме пирамиды. Такая конструкция сложнее в сборке, нужна основа и металлическая лента для крепежей.

Фиксаторы актуальны и для простого варианта: под воздействием высокой температуры и воды витки деформируются. Сохранить функциональность и внешний вид солнечного нагревателя из шланга помогут специальные детали.

Закрепить трубки можно следующими элементами:

• металлическими хомутами;
• пластиковыми фиксаторами;
• гвоздями с крупной шляпкой (для шифера), вбитыми между витками.

Система удобна вариативностью. Если один модуль докажет свою эффективность в ваших условиях, можно сделать несколько таких коллекторов.

Вариант горячего водоснабжения и отопления от солнечного коллектора

Чтобы задействовать солнечный коллектор и для отопления, и для горячего водоснабжения, необходимо объединить в системе оба предыдущих варианта, и использовать для воды специальный бойлер с дополнительной емкостью, имеющей змеевик, через который циркулирует нагретый солнечной батареей теплоноситель.

Кроме этого, бойлер должен быть подключен к дополнительному источнику нагрева — это может быть газовый или электрический котел, или же теплогенератор на твердом топливе.

Нестабильность температуры, которую создает солнечная батарея, может способствовать перегреву теплоносителя или, наоборот, слишком быстрому его охлаждению в контурах отопления и водоснабжения. Чтобы этого не произошло, вся система должна управляться автоматикой.

В представленной выше схеме такой температурный контроллер обозначен, как регулятор.

Итак, со схемами подключения (обвязки) в общих чертах ясность есть. А вот теперь имеет смысл рассмотреть несколько вариантов самостоятельного изготовления солнечных коллекторов.

Варианты конструктивного исполнения

Различают основные два типа конструкций:

• плоский солнечный коллектор;
• более сложное устройство с применением теплового барьера в виде вакуума, который по этой причине и называется вакуумным.

Образец конструкции плоского коллектора представлен на изображении:

В качестве утеплителя используется обычно минеральная вата. В зимних условиях, когда градиент температур наружного воздуха и внутреннего пространства коллектора достигает значительной величины, такая теплоизоляция не спасает от больших непроизводительных потерь тепла.

Для того, чтобы солнечный коллектор эффективно работал и в любых условиях применяют вакуумный солнечный коллектор. Конструктивным элементом, отличающим от других видов теплогенераторов, являются стеклянные трубки с воссозданным внутри их вакуумным пространством.

Принцип работы коллектора с тепловыми трубками, работающими по технологии heat pipe:

В технологии heat pipe трубка заполняется легкоиспаряющимся веществом, которое в условиях закрытой трубы, при нагревании нижней части испаряясь, поднимается вверх. В верхней части располагается теплообменник, в котором вещество трубки конденсируется, отдавая тепло, например, если вы решили установить солнечный водонагреватель, то воде все тепло передастся воде.

Альтернативой технологии heat pipe по типу передачи тепла в вакуумных трубках широко используется прямоточный U-образный тепловой канал. В корпусе с вакуумным пространством монтируется изогнутая медная трубка, концы которой имеют раздельное подключение к системам теплообменника, отвечающим за холодный и горячий потоки.

Такая трубка имеет высокую производительность в передачи тепла, однако заменить одну неисправную трубку такая конструкция не позволит. Придется менять весь блок вместе с приемным теплообменником.

Водонагреватель для душа на даче от солнечной энергии

Уже давно принято обустраивать подогрев воды своими руками в летнем душе в виде бочки, выкрашенной в черный цвет и поставленной на крыше. Это самое простое и дешевое решение: солнце нагревает в черной бочке воду. Однако в данном случае эффективная площадь освещения 200-литровой емкости будет составлять всего 0,5 м2 — произведение ее ширины (0,6 м)

Есть еще один способ, как сделать водонагреватель своими руками с несколько увеличенной эффективной площадью водяного бака. Но и эта конструкция не позволяет сберегать накопленное за день тепло, к тому же в данном случае солнцем освещается только одна половина бочки, а вторая при этом работает, скорее, радиатором на охлаждение.

Изготовление солнечного коллектора своими руками

Одним из недостатков гелиоколлекторов промышленного производства считается их высокая стоимость. Действительно далеко не каждый имеет свободные средства, чтобы отдать их за наличие горячей воды у себя на даче. Вариант солнечного водонагревателя можно решить, изготовив его своими руками.

Для изготовления солнечного коллектора своими руками подбираются материалы, которые лежат без дела в подсобном помещении или, в крайнем случае, их можно дешево купить в обычном хозяйственном магазине. Выигрыш в расходах по сравнению с покупкой промышленного образца весьма ощутимый.

Для самостоятельного изготовления в качестве прототипа берется плоский солнечный коллектор. Вакуумный коллектор частным порядком изготовить практически невозможно. Основной задачей в изготовлении самодельного солнечного коллектора будет подбор подходящих материалов для адсорбера — главного конструктивного узла, отвечающего за работоспособность устройства. Существуют варианты, где мастера из народа вместо дорогих меди и алюминия применяют дешевые подручные материалы.

После сборки приемник света из банок окрашивается в черный цвет и может накапливать тепловую энергию в дневное время суток.

Кроме приведенных выше вариантов изготовления солнечных самодельных водогрейных устройств, существует много придуманных народными умельцами конструкций: из пластиковых бутылок, резинового шланга и других.

Существует стойкое мнение, что применение солнечных коллекторов дает зримый эффект лишь в южных районах, где много солнечных дней. Однако если обратить внимание на географию пользователей гелиоустановками, то можно найти положительные отзывы от людей, проживающих недалеко от Москвы, а это далеко не юг.

Как сделать самодельный каталитический водонагреватель на даче

Спустя 2 недели мощность каталитического нагревателя заметно снизится, но к этому моменту наступит время снова скашивать траву, а значит, компостная куча вновь начнет свою «работу» по переработке топлива — и «реактор» запустится. При новом заполнении компоста свежескошенной травой нужно тщательно уплотнять кучу и обильно поливать ее теплой водой, чтобы началась химическая реакция.

В качестве аварийного варианта можно рядом с душевой кабиной установить обычную дровяную водонагревательную систему (описанную ранее). А еще лучше применять сочетание различных способов нагрева воды — водный, воздушный и с помощью компостной кучи.

Материалы для изготовления

Чтобы сделать такой солнечный водяной коллектор, нужно подготовить некоторые материалы. Ничуть не исключено, что некоторые из них найдутся в сарае или гараже.

Сразу же нужно отметить, что металлопластиковые трубы не особо подходят для изготовления коллектора, даже если их покрыть черной краской. Дело в том, что пластичность их в данном случае недостаточна — они заламываются при изгибах небольшого радиуса и тем самым, даже если не нарушается целостность стенок, уменьшится интенсивность тока воды.

Шланги продаются в бухтах по 50, 100 или 200 метров. Если планируется изготовить батарею большого объема, то придется приобретать несколько бухт. В том случае, если в каждой секция планируется использовать, к примеру 50 или 100 м шланга, то не стоит покупать целую 200-метровую бухту лучше приобрести готовый отмерянный шланг. Это поможет сэкономить время при монтаже.

Шланг может быть уложен не только по круглой спирали, но и овальной, а также в виде змеевика.

В качестве хорошей альтернативы можно попробовать и современные трубы из сшитого полиэтилена РЕХ. У них – неплохая пластичность, ну а как придать им черный цвет, если его нет в продаже – несложно придумать.

Заготовки будущего модуля обрабатывается антисептиком (дерево) или антикоррозийными составами (металл). Затем из них собирается короб на одну или несколько спиралей.

Кстати, в качестве бортиков короба можно использовать старые оконные рамы, на которые просто монтируется донная часть.

Это может быть металлическая полоса, которую закрепляют между трубами на саморезы.

Другой вариант — это свободная связка плотным шнуром или пластиковым хомутом-«галстуком» с крестовиной или поперечиной. Но все-таки такой метод скрепления больше подходит для пластиковой трубы, нежели для шланга, так как он может при расширении резины провиснуть на шнуре.

Еще одним вариантом крепления, подходящим для пластиковой трубы или армированного шланга, могут стать гвозди с широкими шляпками. Они могут забиваться или в дно короба (в этом случае оно должно иметь толщину не менее 10 мм), или же на своеобразную крестовину, изготовленную из бруска.

Кроме таких соединителей, потребуются резьбовые фитинги для перехода от пластиковой или резиновой трубы на общую металлическую. Такое соединение будет необходимо, если коллектор будет состоять из нескольких модулей.

Чтобы знать, сколько потребуется соединительных элементов, нужно заранее вычертить принципиальную схему создаваемой системы и просчитать их количество на ней.

Верхняя труба будет соединяться с накопительным баком, то есть идти к потребителю. Она должна иметь диаметр 40 ÷ 50 мм.

Монтаж батареи

Заготовив все необходимое, можно приступать к работе.

• Для начала нужно обработать антисептическим средством все деревянные части будущей конструкции.
• Далее, если дно модулей будет изготовлено из металлического листа, его нужно покрыть антикоррозийным составом. Обычно для этого применяется мастика, предназначенная для покрытия днищ автомобилей.

• После просыхания составов на подготовленных элементах, из них собираются одиночные или общие модули.
• Затем в них укладываются шланги, для чего закрепляются держатели.

Монтаж солнечного коллектора

Сборка варианта, показанного на верхней схеме, производится следующим образом:

• Для начала из металлической трубы или бруска монтируется подставка. Если она изготавливается из дерева, то оно должно быть покрыто антисептическим составом, если же из металла, то его необходимо обработать антикоррозийным средством. Нужно просчитать длину так, чтобы между двумя стойками устанавливалось ровное число бутылок.
• На стойки, на расстоянии ширины бутылок, закрепляются горизонтальные планки, на которых можно будет сделать дополнительное закрепление для змеевика. Кроме этого, они предадут каркасу дополнительную жесткость.
• Далее, подготавливается нужное количество пластиковых бутылок — с них срезается донная часть таким образом, чтобы одна бутылка стороной горлышка плотно встала в получившееся отверстие.

Отступив от края шланга 100 ÷ 150 мм, делаютотметку места его закрепления. Затем через этот край на трубу надевается необходимое количество подготовленных бутылок, которого будет достаточно, чтобы полностью закрыть участок до противоположной стойки.

Далее, с помощью такой же клипсы свободный от бутылок участок трубы закрепляется на противоположной, правой стойке.

Такой коллектор, как видно, абсолютно не сложен в изготовлении, но зато может стать хорошим «помощником» в частном доме, взяв на себя функции подогрева воды.

Кстати, солнечную энергию можно использовать не только для подогрева воды, но и для подачи в помещения нагретого воздуха. Например, как изготовить самостоятельно солнечный воздушный коллектор, можно узнать, если перейти по ссылке на специальную публикацию нашего портала.

Преимущества и недостатки солнечных коллекторов

Основные преимущества солнечных водонагревателей:

• использование неиссякаемого и абсолютно бесплатного источника энергии;
• уменьшается расход традиционных источников энергии — газа, нефти, угля;
• возможность работы круглый год;
• можно легко уменьшать или наращивать тепло, убирая/дополняя количество секций;
• изменение цен на энергоносители не оказывают влияние на функционирование гелиоустановок;
• надежная работа, удобная эксплуатация на протяжении длительного времени.

Главные недостатки:

• стоимость собственно солнечного коллектора и его установки вместе с обвязкой со всеми дополняющими элементами обойдется в немаленькую сумму — это достаточно дорогое удовольствие:
• обеспечить эффективную автономную работу солнечного коллектора удается далеко не всегда из-за непостоянного присутствия солнца на небосклоне, поэтому применение одного лишь коллектора без дополнительных источников энергии, не обеспечивает потребностей человека в тепловой энергии.

Рекомендации по установке гелиоустановок

Чем больше света попадает на солнечный коллектор, тем эффективнее его работа. Следовательно, устанавливать его надо в местах, где максимально долго отсутствует тень от окружающих предметов (строений, деревьев и других препятствий солнечному свету).

Ориентация приемной плоскости коллектора зависит от географической широты. В северном полушарии, где находится Россия, наибольшую часть времени солнце светит с южной стороны. Поэтому приемник света коллектора должен быть направлен строго в южном направлении. В силу объективных технических причин возможны отклонения на юго-запад или юго-восток.

Необходимо правильно установить угол наклона гелиоустановки. Он зависит от географического положения местности, так как от широты изменяется отклонение положения солнца от зенита. Следует выбрать такой угол наклона, при котором будет отражаться минимальное количество света от защитного стекла коллектора.

Своими руками: солнечный коллектор для дачи

Солнечный коллектор из шланга или гибкой трубы

Те, кто имеет частный дом с огородом или дачу, конечно же знают, что вода, оставшаяся во временных легких магистралях после полива грядок, быстро нагревается. Это положительное качество шлангов или гибких труб и использовали народные умельцы, создавая из них солнечные теплообменники.

Такой коллектор может состоять из одной или нескольких секций, в которые укладываются и закрепляются плотно свернутые по спирали «улиткой» шланги.

Такую конструкцию можно назвать самой простой как по конструкции, так и по монтажу. Главным недостатком ее можно назвать то, что ее практически нельзя использовать без применения принудительной циркуляции, так как при слишком больших длинах контуров труб гидравлическое сопротивление превысит силу напора, создаваемую разницей температур.

Используются подобные коллекторы и для обогрева воды в бассейнах. Их подключают к системе фильтрации, которая обязательно оснащена насосом. Вода, циркулируя по трубам коллектора, успевает нагреваться перед поступлением в бассейн.

В некоторых случаях, создавая всю систему солнечной батареи, можно обойтись без установки накопительного бака. Это возможно тогда, когда горячая вода используется только в дневное время и в небольших количествах.

Например, в контуре из 150 м трубы, имеющей внутренний диаметр в 16 мм, вмещается 30 литров воды. А если пять или шесть таких «улиток» из труб будет собрано в единую батарею, то в течение дня душ можно принимать по несколько раз каждому члену семьи, и горячей воды еще немало останется и на хозяйственные нужды.

Если у кого-то остались сомнения в эффективности такого подогрева воды, рекомендуем посмотреть видеоролик, в котором показано испытание коллектора из шлангов:

Усиливаем эффект с помощью пластиковых бутылок

На рисунке показан солнечный коллектор из шлангов (труб), эффективность действия которого значительно увеличена за счет использования обычных пластиковых бутылок. В чем тут «фишка»? А их сразу несколько:

Для изготовления такого солнечного коллектора понадобятся:

1 – Резиновый шлаг, металлические или пластиковые трубы черного цвета – в качестве теплообменника.

2 – Пластиковые бутылки, которые станут кожухом вокруг труб контура.

3 — В бутылки, в их половину, которая будет прилегать к основанию, может быть вложена фольга или иной отражающий материал. Отражающая часть должна смотреть в сторону солнца.

4 – Подставку будет совсем несложно смонтировать из бруска или металлической трубы.

5 — Накопительный бак для нагретой воды, который должен быть связан с точкой забора — кран, душ и т.д.

6 — Емкость для холодной воды, которую можно связать с системой водоснабжения.

Усложненный вариант устройства

Этот коллектор мощнее предыдущего, но и сложнее в изготовлении. С его помощью можно греть воду для стирки и купания. Мощность — чуть больше 2 кВт*ч. Летом при интенсивном солнечном излучении температура в баке воды на 500 л за час нагревается на 4 градуса.

Есть мнение, что и с отоплением такой солнечный коллектор для нагрева воды из шланга справится. Но практика показывает, что газогенератор эффективнее решает эту задачу.

Для производства достаточно:

• одного OSB-листа 1250х2500;
• двух метров фольгированного утеплителя;
• 25 метров шланга;
• куска поликарбоната;
• трех листов плотного пенопласта;
• сотни шурупов со шляпкой;
• двух метров перфорированной жести;
• двух кусков дранки;
• двух брусьев длиной 4,5 м;
• герметика;
• баллончика черной краски плюс литр эмали.

Из бруса и плиты делаем короб с желобами под поликарбонат. По углам вырезаем замки, скрепляем конструкцию герметиком.

На дно короба выкладываем пенопласт, приклеиваем утеплитель, саморезами крепим жесть. Проделываем отверстия, пропускаем проволоку, выкладываем по направляющим шланг.

Прокрашиваем все из баллончика. Поликарбонат приклеиваем на силикон, фиксируем дранкой и шурупами. Устройство подключаем к баку через циркуляционный насос.

Этапы работ