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.

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 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.

Описанная ниже конструкция — термосифонный солнечный коллектор, основан на медной трубе и алюминиевом оребрении. Медное оребрение имеет немного более эффективную теплоотдачу, но стоимость медных листов увеличивает цену коллектора в 3-4 раза. Пайка ребер к трубам -тоже непростая задача. Производительность способа переноса тепла от алюминиевых пластин медным трубам заключается в обеспечении хорошего теплового контакта. Как это реализуется — читайте ниже. По ссылке доступны данного прототипа.

Какова цель самодельной термосифонной системы:

• Производительность, близкая к коммерческим коллекторам.
• Низкая стоимость (до 1/4 от цены за покупную систему).
• Длительный срок службы.
• Легкость исполнения своими руками из доступных каждому материалов.

Солнце нагревает воду, снижает ее плотность и вода поднимается в резервуар. Нагретая вода выходит из коллектора, ее постепенно замещает холодная, подающаяся естественной циркуляцией из резервуара в коллектор через нижнее соединение. Насос в данной конструкции не нужен. Контроль осуществляется автоматически, так как движение воды останавливается, как только коллектор остывает ниже температуры накопительного бака. Принцип термосифона подробно рассмотрен в статье.

Этот вариант термосифонного коллектора не предусматривает использование при минусовых температурах, поэтому при первых заморозках систему необходимо сливать.

В качестве примера взяты два прототипа коллектора одинаковой конфигурации, поэтому фото могут отличаться в некоторых несущественных деталях.

Термосифонная система своими руками

Из чего собран термосифонный солнечный коллектор:

• Гофрированный поликарбонатный лист SunTuf.
• Рама из пиломатериалов.
• Фанера или ОСБ для основы.
• Жесткая теплоизоляция (теплоизолятор может быть любым, от этого будут зависеть «слои» подложки — с жесткой изоляцией в данной конструкцией заднюю часть коллектора больше ничем не закрывали).
• Алюминий листовой для абсорбера 0,5 мм.
• Трубы медные.
• Фитинги медные.
• Термостойкий силикон.
• Винты, краска, волнистые рейки для крепления поликарбоната (их можно изготовить из досок лобзиком).

Данная конструкция термосифонного солнечного коллектора основывается на алюминиевом абсорбере. Ребра увеличивают площадь передачи тепла от пластины к трубе и имеют паз по форме этой трубы.

2 способа сделать абсорбер медной трубы из алюминия

Использование листового алюминия в связке с медными трубами очень часто используется канадцами, американцами, австралийцами. У нас же это непопулярное решение (насколько мне известно). Кто-то занимается , кто-то просто красит трубы.

Приспособление для гибки листового алюминия изготавливается из фанеры 19 мм толщиной и длиной около метра, в которой есть канавка квадратной формы 16Х16 мм. Для формирования углубления под трубу взят стальной стержень диаметром 16 мм (труба в большинстве коллекторов берется полдюймовая).

«Гнездо» для формовки алюминия сделано из двух брусков фанеры 16 мм, так приклеенных и привинченных к основе, чтобы образовать квадратную канавку. Листовой алюминий некоторых брендов уже имеет небольшой сгиб ровно по середине листа, а если его нет — нужно быть более внимательным при гибке.

Метод прессования молотком кажется неубедительным на первый взгляд, но на практике прекрасно работает. Процесс гибки алюминия с помощью прута и кувалды понятен из фото: положите металл на фанеру точно над пазом, установите стержень, придерживайте его и без сверхусилий бейте вертикально поставленным молотком по конструкции. Такой способ не дает ребрам загибаться вверх.

Как только вы «набьете руку», гибка одного абсорбера будет занимать не более 20 секунд.

Не забывайте проверять плотность прилегания абсорбера к трубе.

Фанерку для гибки всегда можно усовершенствовать держателями для стержня, ограничителем по одной стороне для того, чтобы лист алюминия не скользил по фанере.

Не стоит делать слишком длинные ребра, так как медь и алюминий расширяются с разной скоростью и короткие ребра (60-70 см) справятся с этим лучше. Ребра необходимо выровнять, опрессовать.

Существует способ полностью обернуть трубу алюминием. Пошаговые фото этого процесса смотрите ниже.

Этот метод позволяет добиться полного контакта абсорбера с медной трубой, что улучшает производительность коллектора, но и усложняет процесс создания абсорбера.

Конечно, описанные здесь способы не предел фантазии. Во время подготовки статьи мне встречались и высокотехнологичные для домашнего использования решения, такие как эти:

Как выровнять алюминиевые ребра абсорбера

Вероятно, можно придумать множество вариантов, как выровнять абсорбер после гибки. В данном случае автор конструкции соорудил пресс, который вы видите на фото. Ему нужно было обработать много алюминия для теплого пола и этот пресс работал быстрее и аккуратнее способа с молотком.

Пресс продавливает алюминий закрепленным стальным стержнем. Эта конструкция вполне сносно работает благодаря длинным рычагам, увеличивающим массу тела.

Даже если оребрение идеально совпадает с формой трубы, силикон обязательно нужен для оптимизации сцепления между металлами.

Как оптимизировать сцепление между металлами

В канавку наносится тонкий слой термостойкого силикона. Силикон обладает теплопроводностью в 10 раз большей, чем воздух, поэтому даже при очень хорошем сцеплении он не помешает. Помимо теплопроводности, силикон уменьшает риск гальванической коррозии путем герметизации от возможной влаги. Более подробно про улучшение сцепления между абсорбером я расскажу в следующей статье.

Укладка дополнительной полосы алюминия под трубу

В некоторых прототипах коллекторов ставят еще одну пластину алюминия под каждой медной трубой. Это дополнительная зона контакта между медью и абсорбером, помогающая избежать потери тепла на внешнем крае ребра. Про эффективность алюминиевого абсорбера готовлю отдельный материал.

Изготовление труб для коллектора

Размер коллектора должен быть таким, чтобы как можно меньше осталось отходов от резки медной трубы:). На фото размер фанеры 238Х117 см (перевожу дюймы в сантиметры, поэтому цифры выглядят немного странно). Параметры основы напрямую зависят от размера материала, который накроет коллектор (стекло или поликарбонат).

Так будет выглядеть медная решетка. Вода будет поступать в нижнем правом углу, проходить весь путь и выходить в верхнем левом.

Вырезаем трубы нужной длины. После резки необходимо зачистить места среза, особенно с внутренней стороны. На специальном инструменте для резки труб предусмотрено лезвие для этого. На фото очистка переходников и труб от остатков резки.

Примеряем алюминиевые ребра, подгоняем до идеального соприкосновения между отдельными деталями абсорбера. Режем отрезки трубы под соединения. Напоминаю, все замеры должны быть идеальными — расстояние между трубами должно равняться ширине ребер абсорберов.

Первый стояк получает Т-образный фитинг (на прием воды), а последний стояк получает коленчатое соединение. На другом конце коллектора колено идет к первой трубе, а тройник к последней (выход горячей воды). Такая обвязка обеспечивает примерно одинаковую циркуляцию.

Припаиваем все детали решетки.

После того, как решетка остынет, ее нужно будет тщательно отмыть от флюса жидкостью для мытья посуды.

Спаянные трубы должны пройти испытание на герметичность. На фото показан простейший способ, который прекрасно работает. Необходимо закрыть выпускное отверстие в нижнем конце и медленно наполнить сетку водой. Если у вас есть возможность использовать небольшое давление, то это вообще отлично.

Как сделать раму для солнечного коллектора

Рама должна иметь такой размер, чтобы в нее стала фанера с абсорбером. Углы скреплены шурупами и клеем. Рама в данном случае была загрунтована и покрашена эпоксидной краской.

Установка трубной сетки

Прижимаем трубы к фанере, добавляем фитинги к подаче и обратке. В данной конструкции выходы предусмотрены в заднюю часть коллектора. Можно припаять впускной и выпускной клапан сразу.

Прокладываем полосы алюминия под трубы. Выше я уже обращал внимание, зачем это делается. Полоса силикона заполняет пустоты между трубой и пластиной. Далее наносим силикон на всю пластину.

Силикон остается гибким при тех температурах, в которых придется работать коллектору. Это очень хороший способ сохранения и передачи тепла от абсорбера к решетке. В продаже есть термостойкие силиконы с наполнителями, увеличивающими теплопроводность.

Установка абсорберов

В канавку ребра наносим полоской герметик. Слой должен быть очень тонким. Плотно прибиваем ребра к фанере с помощью степлера скобами из нержавеющей стали. В одном из прототипов используются шурупы.

Установка алюминиевого абсорбера
Закрепление оребрения степлером

На абсорбер необходимо нанести . В гаражных условиях очень удобно воспользоваться краской для каминов и барбекю, в продаже есть и селективные краски для коллекторов.

Нужно очистить поверхность алюминия и меди от герметика и других загрязнений с помощью ацетона или другого подходящего растворителя. Абсорбер должен быть абсолютно сухим перед покраской.

Установка изоляции на солнечный коллектор

В данном случае используется жесткая изоляционная плита. Полистирол брать нежелательно из-за высоких температур. На фото изоляция приклеивается полиуретановой пеной. На плиту обязательно нужно установить груз, так как пена будет пытаться расшириться.

Вовсе не обязательно использовать поликарбонат, как в данном случае. Но именно гофрированный поликарбонат наиболее популярен в самоделках у американцев. Он обеспечивает высокую теплопередачу, прочный и гибкий, фильтрует ультрафиолет (так утверждает автор прототипа, но встречавшийся мне ПК был УФ-пропускающим). Для коллектора это хорошие показатели.

Листы поликарбоната в этой конфигурации соединены путем наложения гофра на гофр и склеены прозрачным силиконом.

Устанавливаем опоры для остекления. Здесь используется тонкостенная оцинкованная металлическая трубка кабелепровод. Необходимо просверлить отверстие в раме, как на фото. Проклеить паз. К слову, на фотографиях один из вариантов — все делается точно так-же, как и с медью.

На ребро рамы нужно наложить полоску древесины. Высота полоски должна соответствовать высоте «волны» поликарбоната. Уложите лист так, чтобы ребра поликарбоната можно было герметично прикрутить к раме. ПК вверху и внизу устанавливается на специальную волнистую полосу, используйте силикон для герметизации швов.

Над листом поликарбоната необходимо установить полосы древесины, которые будут равномерно прижимать его в верхней и нижней части. На фото хорошо видно, о чем я.

На фото видны внешние сантехнические детали. Резервуар находится прямо за стеной над коллектором. В холодном климате трубы необходимо теплоизолировать. Гофрированный подвод предусмотрен на случай каких-либо передвижений коллектора. Сливной клапан для сброса воды на зиму.

Бак для коллектора и сантехнические работы

В качестве резервуара для воды используется старый газовый бак. Устанавливать бак необходимо выше коллектора, чтобы работала естественная циркуляция. Если открыть запорные краны, горячая вода будет поступать из резервуара с холодной стороны электрического бака. Холодная вода поступает в коллектор из старого слива газового бака, горячая вода из коллектора выходит в старый выпускной клапан. Выпускной клапан установлен в резервуар и коллектор. Термодатчик так же установлен на бак и на солнечную панель.

На фото бак для сбора горячей воды из коллектора. Солнечная панель находится за стеной, на выходе двух труб.

На фотографии новый электрический нагреватель для резервного подогрева. Горячая вода из коллектора поступает во входное отверстие для холодной воды в этом баке.

Существуют разные варианты резервуаров для солнечного коллектора, например .

Замеры температуры

При температуре около 60 градусов вода поступает в резервуар. Бак прекрасно держит температуру всю ночь, электрический нагреватель не включали. Воду из коллектора используют на стирку, душ и мытье посуды. За бортом температура воздуха была не выше 30 градусов (май 2010 года). Испытания производительности в деталях в следующей статье.

Вариант крепления системы:

Различные солнечные коллекторы появились на рынке достаточно давно. Это устройства, использующие энергию солнца для нагрева воды на домашние нужды. Но приобрести популярность среди пользователей им мешает высокая стоимость, это беда всех альтернативных источников энергии. Например, общие затраты на приобретение и монтаж установки, что обеспечит нужды средней семьи, составят 5000$. Но выход есть: можно сделать солнечный коллектор своими руками из доступных по цене материалов. Какими способами это реализовать, будет рассказано в данном материале.

Как работает солнечный коллектор?

Принцип действия коллектора основан на поглощении (абсорбции) тепловой энергии солнца специальным приемным устройством и передачей его с минимальными потерями теплоносителю. В качестве приемника используются медные или стеклянные трубки, окрашенные в черный цвет.

Ведь известно, что лучше всего абсорбируют тепло предметы, имеющие темную или черную окраску. Теплоносителем чаще всего выступает вода, иногда – воздух. По конструкции солнечные коллекторы для отопления дома и горячего водоснабжения бывают таких видов:

• воздушные;
• водяные плоские;
• водяные вакуумные.

Среди прочих воздушный солнечный коллектор отличается простотой конструкции и, соответственно, самой низкой ценой. Он представляет собой панель – приемник солнечной радиации из металла, заключенный в герметичный корпус. Стальной лист для лучшей теплоотдачи снабжен с задней стороны ребрами и уложен на дно с тепловой изоляцией. Спереди установлено прозрачное стекло, а по бокам корпуса имеются проемы с фланцами для подключения воздуховодов или других панелей, как показано на схеме:

Воздух, поступающий через проем с одной стороны, проходит между стальными ребрами и, получив от них тепло, выходит с другой.

Надо сказать, что установка солнечных коллекторов с нагревом воздуха имеет свои особенности. Из-за их невысокой эффективности для обогрева помещений нужно применять несколько подобных панелей, объединенных в батарею. Кроме того, обязательно понадобится вентилятор, поскольку нагретый воздух из коллекторов, находящихся на кровле, самостоятельно вниз не пойдет. Принципиальная схема воздушной системы показана ниже на рисунке:

Простое устройство и принцип работы позволяют выполнять изготовление коллекторов воздушного типа своими руками. Но потребуется много материала для нескольких коллекторов, а подогреть воду с их помощью все равно не получится. По этим причинам домашние умельцы предпочитают заниматься водяными нагревателями.

Конструкция плоского коллектора

Для самостоятельного изготовления наибольший интерес представляют плоские солнечные коллекторы, предназначенные для нагрева воды. В корпусе из металла или алюминиевого сплава прямоугольной формы размещен тепловой приемник - пластина с запрессованным в ней змеевиком из медной трубки. Приемник выполняется из алюминия или меди, покрытой абсорбционным слоем черного цвета. Как и в предыдущем варианте, снизу пластина отделена от дна слоем теплоизоляционного материала, а роль крышки играет прочное стекло или поликарбонат. Ниже на рисунке изображено устройство солнечного коллектора:

Пластина черного цвета поглощает тепло и передает его теплоносителю, движущемуся по трубкам (вода или антифриз). Стекло выполняет 2 функции: пропускает к теплообменнику солнечную радиацию и служит защитой от осадков и ветра, снижающих производительность нагревателя. Все соединения выполнены герметично, чтобы внутрь не попадала пыль и стекло не теряло прозрачности. Опять же, тепло солнечных лучей не должно выветриваться наружным воздухом через щели, от этого зависит эффективная работа солнечного коллектора.

Данный вид – самый популярный среди покупателей из-за оптимального соотношения цена - качество, а среди домашних мастеров - по причине относительно несложной конструкции. Но применять такой коллектор для отопления можно лишь в южных регионах, с понижением температуры наружного воздуха его производительность значительно падает из-за высоких тепловых потерь через корпус.

Устройство вакуумного коллектора

Еще один вид водяных солнечных нагревателей изготавливается с применением современных технологий и передовых технических решений, а потому относится к высокой ценовой категории. Таких решений в коллекторе реализовано два:

• тепловая изоляция с помощью вакуума;
• использование энергии парообразования и конденсации вещества, кипящего при низкой температуре.

Идеальный вариант защитить абсорбер для коллектора от тепловых потерь – это заключить его в вакуум. Медная трубка, наполненная хладагентом и покрытая абсорбирующим слоем, помещена внутрь колбы из прочного стекла, воздух из пространства между ними откачан. Концы медной трубки входят в трубу, через которую протекает теплоноситель. Что происходит: хладагент под воздействием солнечных лучей закипает и обращается в пар, он поднимается по трубке вверх и от соприкосновения с теплоносителем сквозь тонкую стенку снова переходит в жидкость. Ниже показана рабочая схема коллектора:

Фокус в том, что в процессе превращения в пар вещество поглощает гораздо больше тепловой энергии, чем при обычном нагреве. Удельная теплота парообразования любой жидкости выше, нежели ее удельная теплоемкость, а потому вакуумные солнечные коллекторы весьма эффективны. Конденсируясь в трубе с проточным теплоносителем, хладагент передает ему всю теплоту, а сам стекает вниз за новой порцией энергии солнца.

Благодаря своему устройству вакуумные нагреватели не боятся низких температур и сохраняют свою работоспособность даже на морозе, а потому могут применяться в северных регионах. Интенсивность нагрева воды в этом случае ниже, чем летом, так как зимой на землю поступает меньше тепла от солнца, часто мешает облачность. Понятно, что изготовить стеклянную колбу с откачанным воздухом в домашних условиях просто нереально.

Примечание. Существуют вакуумные трубки для коллектора, заполняемые напрямую теплоносителем. Их недостаток – последовательное подключение, при выходе из строя одной колбы придется менять весь водонагреватель.

Как изготовить солнечный коллектор?

Прежде чем приступить к работе, следует определиться с габаритами будущего водогрейного аппарата. Произвести точный расчет площади теплообмена непросто, многое зависит от интенсивности солнечного излучения в данном регионе, расположения дома, материала нагревательного контура и так далее. Правильным будет сказать, что чем больше тепловой коллектор, тем лучше. Однако, его размеры наверняка ограничиваются местом, где планируется его устанавливать. Значит, надо исходить из площади этого места.

Корпус проще всего изготовить из древесины, проложив на дно слой пенопласта или минеральной ваты. Также для этой цели удобно использовать створки старых деревянных окон, где сохранилось хотя бы одно стекло. Выбор материала для приемника тепла неожиданно широк, чего только не используют мастера-умельцы, чтобы собрать коллектор. Вот перечень популярных вариантов:

• тонкостенные медные трубки;
• различные полимерные трубы с тонкими стенками, желательно черного цвета. Хорошо подойдет полиэтиленовая РЕХ труба для водопровода;
• трубки из алюминия. Правда, соединять их сложнее, чем медные;
• стальные панельные радиаторы;
• черный садовый шланг.

Примечание. Кроме перечисленных, существует масса экзотических версий. Например,воздушный солнечный коллектор из пивных банок или пластиковых бутылок. Подобные прототипы отличаются оригинальностью, но требуют значительного вложения труда при сомнительной отдаче.

В собранный деревянный корпус или старую оконную створку с приделанным дном и уложенным утеплителем надо поместить металлический лист, накрывающий всю площадь будущего нагревателя. Хорошо, если найдется лист алюминия, но подойдет и тонкая сталь. Ее необходимо окрасить в черный цвет, а затем уложить трубы в виде змеевика.

Без сомнения, коллектор для нагрева воды лучше всего получится из медных труб, они отлично передают тепло и прослужат долгие годы.Змеевик плотно прикрепляется к металлическому экрану скобами или любым другим доступным способом, наружу выводятся 2 штуцера для подачи воды.

Поскольку это плоский, а не вакуумный коллектор, то поглотитель тепла нужно закрыть сверху светопрозрачной конструкцией – стеклом или поликарбонатом. Последний легче обрабатывается и надежнее в эксплуатации, не разобьется от ударов града.

После сборки солнечный коллектор надо установить на место и подключить к накопительному баку для воды. Когда позволяют условия монтажа, то можно организовать естественную циркуляцию воды между баком и нагревателем, в противном случае в систему включается циркуляционный насос.

Заключение

Осуществлять отопление дома солнечными коллекторами, сделанными своими руками, – привлекательная перспектива для многих домовладельцев. Жителям южных районов этот вариант более доступен, только придется заполнить систему антифризом и как следует утеплить корпус. На севере самодельный коллектор поможет нагреть воду на хозяйственные нужды, но для обогрева дома его не хватит. Сказывается холод и короткий световой день.

Альтернативные источники возобновляемой энергии пользуются огромной популярностью. В некоторых странах ЕС автономное теплоснабжение покрывает более 50% потребностей в энергии. В РФ солнечные коллекторы пока не получили широкого распространения. Одна из основных причин: дороговизна оборудования. За гелиопанель отечественного изготовителя потребуется отдать не менее 16-20 тыс. руб. Продукция европейских брендов обойдется еще дороже, начиная с 40-45 тыс. руб.

Изготовление солнечного коллектора своими руками будет дешевле, по крайней мере в половину. Самодельный гелиоколлектор обеспечит достаточным количеством тепла для нагрева душевой воды на 3-4 человек. Для изготовления понадобятся строительные инструменты, смекалка и подручные средства.

Из чего можно сделать гелиосистему

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.

Коллектор из поликарбоната

Изготавливают из сотовых панелей, отличающихся хорошими теплоизоляционными свойствами. Толщина листов от 4 до 30 мм. Выбор толщины поликарбоната зависит от необходимой теплоотдачи. Чем толще лист и ячейки в нем, тем больше воды сможет нагреть установка.

Чтобы самому сделать гелиосистему, в частности самодельный солнечный водонагреватель из поликарбоната, понадобятся следующие материалы:

• две штанги с нарезанной резьбой;
• пропиленовые уголки, на фитингах должно быть наружное резьбовое соединение;
• пластиковые трубы ПВХ: 2 шт, длина 1,5 м, диаметр 32;
• 2 заглушки.

Трубы укладывают в корпус параллельно. Подключают к ГВС через отсекающие краны. Вдоль трубы делают тонкий надрез, в который можно вставить лист поликарбоната. Благодаря принципу термосифона вода будет самостоятельно поступать в желобки (ячейки) листа, нагреваться и уходить в накопитель, расположенный вверху всей системы нагрева. Для герметизации и фиксации листов, вставленных в трубу, используют силикон, стойкий к термическому воздействию.

Чтобы увеличить теплоэффективность коллектора из сотового поликарбоната, лист покрывают любой селективной краской. Нагрев воды после нанесения селективного покрытия ускоряется приблизительно в два раза.

Коллектор из вакуумных трубок

В этом случае не получится обойтись исключительно подручными средствами. Для изготовления солнечного коллектора придется купить вакуумные трубки. Их продают компании, занимающиеся обслуживанием гелиосистем и непосредственно производители гелиоводонагревателей.

Для самостоятельного производства лучше выбирать колбы с перьевыми стержнями и тепловым каналом heat-pipe. Трубки легче монтировать и менять в случае необходимости.

Также нужно приобрести блок-концентратор для вакуумного солнечного коллектора. При выборе обращают внимание на производительность узла (определяется по количеству трубок, которые можно одновременно подключить к устройству). Раму изготавливают самостоятельно, собирая деревянный каркас. Экономия при изготовлении в домашних условиях, с учетом приобретения готовых вакуумных трубок, составит не менее 50%.

Гелиосистема из пластиковых бутылок

Для приготовления потребуется около 30 шт. ПЭТ бутылок. При сборке удобнее использовать тару одинакового размера на 1 или 1,5 л. На подготовительном этапе с бутылок снимают этикетки, поверхность тщательно промывают. Кроме пластиковой тары понадобится следующее:

• 12 м шланга для полива растений, диаметром 20 мм;
• 8 Т-образных переходников;
• 2 колена;
• рулон тефлоновой пленки;
• 2 шаровых крана.

При изготовлении солнечных коллекторов из пластиковых бутылок внизу основания делают отверстие, равное диаметру горлышка, куда вставляют резиновый шланг, либо ПВХ трубу. Коллектор собирают в 5 рядов по 6 бутылок на каждой линии.

В ясный день уже через 15 мин. вода нагреется до температуры 45°С. Учитывая высокую производительность солнечный водонагреватель из пластиковых бутылок имеет смысл подключить к накопительной емкости в 200 л. Последнюю хорошо утепляют для предотвращения теплопотерь.

Коллектор из алюминиевых пивных банок

Алюминий отличается хорошими теплотехническими характеристиками. Не удивительно, что металл используют для изготовления радиаторов отопления.

Алюминиевые банки можно применять при изготовлении самодельных гелиосистем. Для производства не подойдут банки из жести и любого другого металла.

Для одной гелиопанели будут необходимы следующие комплектующие:

• банки, около 15 шт. на линию, в корпус вмещается 10-15 рядов;
• теплообменник - используется коллектор из резинового шланга, или пластиковых труб;
• клей для склеивания банок между собой;
• селективная краска.

Поверхность банок окрашивается в темный цвет. Короб накрывают толстым стеклом или поликарбонатом.

Солнечный коллектор из алюминиевых банок чаще изготавливают для воздушного отопления. При использовании водяного теплоносителя снижается теплоэффективность устройства.

Гелиосистема из холодильника

Еще одно популярное решение, требующее минимальных затрат времени и средств. Солнечный коллектор делают из радиатора старого холодильника. Змеевик уже окрашен в черный цвет. Достаточно только уложить решетку в деревянный корпус с изоляцией и подключить его к ГВС, при помощи пайки.

Существует вариант изготовления из конденсатора кондиционера. Для этого несколько радиаторов соединяют в единую сеть. Если существует возможность приобрести дешево около 8 шт. конденсаторов, изготовление коллектора вполне возможно.

Коллектор из медных трубок

Медь отличается хорошими теплотехническими свойствами. При изготовлении медного солнечного коллектора используют:

• трубы диаметром 1 1/4", используемые при монтаже систем отопления и горячего водоснабжения;
• трубы на 1/4", используемые в системах кондиционирования;
• газовая горелка;
• припой и флюс.

Корпус радиаторной решетки собирается из медных труб с большим диаметром. В поверхности просверливают отверстия равные 1/4". В полученные пазы вставляют трубы соответствующего диаметра. Радиатор закрывают стеклом или поликарбонатом. Медь окрашивают селективной краской.

Солнечный бойлер из ПНД труб и ПВХ шлангов

При производстве гелиосистем используют практически любой подручный материал. Существуют решения, позволяющие изготовить коллектор из гофрошланга, резинового шланга, используемого для полива растений.

Из металлопластиковой трубы гелиосистемы не делают из-за резиновых уплотнителей фитингов, не выдерживающих сильного нагрева. При интенсивном солнечном излучении нагрев в коллекторе достигает 300°С. При перегреве уплотнительные прокладки обязательно дадут течь.

Существует возможность изготовления солнечного коллектора из гофрированной нержавеющей трубы. Популярность решения обусловлена скоростью и простотой монтажа. Гофротруба из нержавейки укладывается кольцами или змейкой. Недостаток, относительная дороговизна нержавеющей гофрированной трубы.

Несмотря на существующие варианты, описанные выше, наиболее популярными остаются солнечные коллекторы из пропиленовых и ПНД труб. У каждого варианта есть свои преимущества:

• Солнечный коллектор из ПНД трубы - для изготовления выбирают материал, устойчивый к нагреванию. Продается большое количество фитингов, облегчающих сборку теплоаккумулирующего радиатора. Трубы из полиэтилена низкого давления изначально имеют черный или темно-синий цвет, поэтому не требуют окрашивания.
• Солнечный коллектор из ПВХ труб - популярность решения в простоте монтажа конструкции, осуществляемого с помощью пайки. Наличие большого количества уголков, тройников, американок и других фитингов облегчает процесс сборки. С помощью пайки можно создать теплообменник коллектора любой конфигурации.

Изготовление солнечного водогрейного коллектора из PEX трубы:

Все описанные трубы с той или иной эффективностью используются в качестве сердечника при изготовлении самодельного гелиоколлектора из пластиковых бутылок и алюминиевых банок.

Как сделать селективное покрытие

Высокоэффективный коллектор имеет высокую степень поглощения солнечной энергии. Лучи попадают на темную поверхность, после чего нагревают ее. Чем меньше излучения отталкивается от абсорбера солнечного коллектора, тем больше тепла остается в гелиосистеме.

Чтобы обеспечить достаточную аккумуляцию тепла требуется создать селективное покрытие. Вариантов производства несколько:

• Самодельное селективное покрытие коллектора - используют любые черные краски, которые после высыхания оставляют матовую поверхность. Есть решения, когда в качестве абсорбера коллектора применяют непрозрачную темную клеенку. На трубы теплообменника, поверхность банок и бутылок наносят черную эмаль, с матовым эффектом.
• Специальные абсорбирующие покрытия - можно пойти другим путем, приобретя для коллектора специальную селективную краску. В состав селективных ЛКМ входят полимерные пластификаторы и присадки, обеспечивающие хорошую адгезию, теплостойкость и высокую степень поглощения солнечных лучей.

Гелиосистемы, используемые исключительно для нагрева воды летом, вполне могут обойтись окрашиванием абсорбера в черный цвет при помощи обычной краски. Самодельные солнечные коллекторы для отопления дома зимой должны иметь качественное селективное покрытие. Экономить на краске нельзя.

Самодельная или заводская гелиосистема - что лучше

Изготовить в домашних условиях солнечный коллектор, способный по техническим характеристикам и показателям сравниться с заводской продукцией нереально. С другой стороны, если требуется просто обеспечить достаточным количество воды для летнего душа, солнечной энергии будет достаточно для работы простейшего самодельного водонагревателя.

Что касается жидкостных коллекторов, работающих зимой - то даже не все заводские гелиосистемы могут работать при низких температурах. Всесезонные системы, это чаще всего устройства с вакуумными тепловыми трубками, с повышенным КПД, способные работать до температуры –50°С.

Заводские гелиоколлекторы часто укомплектовываются поворотным механизмом, автоматически подстраивающим угол наклона и направленность панели по сторонам света, в зависимости от расположения Солнца.

Эффективный солнечный водонагреватель тот, что полностью соответствует поставленным перед ним задачам. Для подогрева воды на 2-3 человек летом, можно обойтись обычным гелиоколлектором, изготовленным своими руками из подручных средств. Для отопления зимой, несмотря на первоначальные затраты, лучше установить заводскую гелиосистему.

Видеокурс по изготовлению панельного солнечного водонагревателя