Плоский солнечный коллектор

Введение

За свою долгую жизнь мне приходилось несколько раз покупать и продавать дачи. Накопился солидный опыт в этом непростом деле, с которым хотелось бы поделиться с другими людьми.

Купить дачу решают солидные, состоятельные люди. Они, как правило, полностью погружены в свою работу и не вникают в детали покупки, а дают общие установки, что им хотелось бы иметь.

Но цены на современные дачи, коттеджи, виллы колеблются от нескольких тысяч до нескольких миллионов долларов – это уже солидное материальное приобретение, и к покупке надо отнестись со всей серьезностью.

Даже, если за дачу «просят» несколько тысяч долларов, необходимо хорошо продумать все обстоятельства покупки, чтобы потом не чесать затылок с досады за непредвиденные подвохи.

Назначение дачи

Изготовление

Самостоятельно сделанные плоские солнечные коллекторы прекрасно подойдут для подогрева воды на даче (в душе или для бытовых нужд), а вот для обеспечения ГВС большого коттеджа их производительности будет маловато. Поэтому прежде, чем приступить к работе, надо оценить экономическую целесообразность затрат и сопоставить с требуемым результатом.

Понадобится запастись:

Тонким листом металла для абсорбера;
Трубчатым змеевиком для воды;
Защитным стеклом;
Заготовками для собственно корпуса;
Вспененной теплоизоляцией для корпуса;
Сантехническими переходниками, заглушками, фитингами;
Оборудованием для пайки металла и инструментом для сборки корпуса.

Кроме того, перед началом работ надо заранее прикинуть, какой объем воды должен нагревать один коллектор. От этого будет зависеть количество требуемых материалов.

Абсорбер и змеевик

Для абсорбера подойдет лист меди, в крайнем случае – алюминия. С наружной стороны его нужно обязательно выкрасить матово-черной порошковой краской для лучшего нагрева.

Змеевик можно подыскать готовый. Но лучше сделать самому из тонких медных трубок, предназначенных для отопительных систем. Трубки спаиваются между собой через сантехнические переходники-тройники, таким образом, чтобы получилась конструкция, похожая на лестницу. На неиспользуемых торцах устанавливаются сантехнические заглушки.

Корпус и лицевая панель

Для изделия, изготовляемого своими руками, лицевую панель можно сделать из сотового (но не литого!) прозрачного поликарбонатом белого цвета. Корпус самодельного коллектора обычно выполняется из фанеры и деревянных досок. Лист фанеры будет служить задней стенкой, а доски необходимы для боковых стенок.

Теплоизоляция

Теплоизоляция прокладывается по дну и бокам корпуса для минимизации теплопотерь, иначе самодельный коллектор будет просто нагревать окружающий воздух. Лучше всего для этих целей подойдут вспененные изоляционные материалы, так как при небольшой толщине они обладают очень хорошей эффективностью.

Виды преобразователей солнечной энергии

Солнечный коллектор предназначен для преобразования энергии дневного светила в тепловую энергию. Применяемые материалы и конструктивные решения направлены на максимальное поглощение энергии солнца, преобразование ее в тепловую и эффективную передачу для дальнейшего использования. В качестве теплоносителя используется как специальная незамерзающая жидкость, так и атмосферный воздух. Циркуляция теплоносителя бывает принудительной и естественной. В том случае если применяется естественная, конвекционная, система теплообмена, солнечный коллектор должен располагаться ниже бака-аккумулятора, например на прилегающем земельном участке. Такая схема применяется при необходимости отопления небольших или временных помещений. Объемные системы требуют использования насоса для циркуляции жидкости. Такую схему можно использовать и для устройства системы горячего водоснабжения.

Критерии выбора

Все виды коллекторов солнечного типа обладают недостатками и достоинствами

Выбирая устройство по своим нуждам, следует обращать внимание на некоторые нюансы:

Плоские разновидности прочнее остальных, однако, не выгодны при ремонте. Поломка выводит из строя всю систему адсорбции, что увеличивает траты. Экземпляры данного класса способны нагревать воду на 20-40 градусов выше температуры окружающей среды.
Вакуумные виды коллекторов чувствительны к внешним действиям, быстрее поддаются повреждениям из-за хрупких полых трубок. Между тем, ремонт может быть произведен в виде замены конкретной колбы. Зимой эффективнее плоского типа, поскольку нагревает теплоноситель в более широком диапазоне и дольше поддерживает температуру.
Воздушные виды просты по конструкции, редко требуют ремонтных вмешательств. Стойко выдерживают очень низкие температуры, служат дольше остальных. В целом же, они слабее прогревают помещения.
Преобразование солнечной энергии на тепло внутри вакуумного коллектора прямо пропорционально размеру трубок. Короткая трубка мелкого диаметра снизит расчет выработки нагрева. Вакуумные коллекторы оптимальны при наличии нескольких колб длиной до 2 метров и шириной около 6 см. Внутри должна иметься U-образная или прямая вставка для эффективного термогенеза.
Мощность гелиотехники измеряется в кВт и является номинальной. Т.е. показатель говорит о количестве тепла, которое будет производиться за период пребывания яркого солнца на уровне зенита. Для раннего утра и вечера такой расчет не актуален. Ночью в режиме поддержания используется накопленная днем энергия. По этой причине необходимо учитывать мощность сопрягаемой с коллектором системы и проверять возможность длительного сохранения тепла. Устройства с низким сбережением температур не подойдут для морозного времени года. Особенно данный фактор важен для моделей с водным проводником.
Перед приобретением коллектора требуется составить проект полной системы отопления и крепления к крыше. Во многих случаях будет оправданно использование дополнительных каркасов. Замеры, расчет предпочтительно делать при участии специалиста данной сферы деятельности.
Выбор вертикального расположения коллектора избавит от проблем с зачисткой снега, но может снизить КПД. В любом случае, нужно предусмотреть под установкой место для схода осадков зимой.
Самым выгодным будет размещение системы «лицом» на южную сторону или с отклонением от нее не более 30 градусов. Для функционирования 12 месяцев в год лучше брать угол установки равный широте местности.

Вопрос выбора освещается в видео

Выбор солнечного коллектора и его монтаж

Перед домовладельцем, решившим создать солнечное отопление частного дома своими руками, встает задача выбрать наиболее подходящий тип коллектора. Этот вопрос достаточно сложен, но разобраться в нем необходимо.

Открытые коллекторы не подойдут из-за низких возможностей, поэтому о них нет смысла говорить. Обычно выбор производится между трубчатыми и плоскими видами. Первым и самым значимым критерием выбора обычно становится соотношение цены и качества изделий.

Такой подход оправдан, но нельзя не учитывать ремонтопригодность. Так, вакуумные трубки можно менять далеко не во всех видах коллекторов, что делает выбор рискованным. При выходе из строя одной из них у некоторых видов коллекторов придется менять всю панель, что потребует расходов. Вообще, все вакуумные устройства — довольно рискованное приобретение, так как любое механическое воздействие грозит потерей источника тепловой энергии.

Выбрав оптимальный вариант, приступают к монтажу. Для него надо выбрать подходящую площадку, расположенную неподалеку от дома

Это важно, поскольку транспортировка теплоносителя на большие расстояния потребует качественного утепления и установки циркуляционного насоса. Обычно коллекторы устанавливают на крышу, чтобы получить возможность циркуляции самотеком. Единственной проблемой становится расположение скатов относительно положения солнца на небе — иногда приходится устанавливать трекинг-систему для поворота панелей

Это дорого и требует использования гибких трубок, но эффект в результате получается значительно выше.

Сравнительные характеристики некоторых видов солнечных коллекторов

Основной характеристикой любого солнечного коллектора является его производительность. В зависимости от конструктивных особенностей и разности температур определяется КПД системы. при этом стоит учесть, что стоимость плоских коллекторов значительно ниже, чем аналогичный показатель трубчатых систем.

Выбирая солнечный коллектор, следует внимательно изучить параметры, от которых зависит эффективность солнечного водяного отопления и мощность конструкции.

Солнечные коллекторы имеют ряд достаточно важных характеристик:

По коэффициенту адсорбции можно определить отношение общей и поглощенной энергии солнечного излучения.
По коэффициенту эмиссии определяется отношение количества переданного тепла и поглощенной энергии.
Соотношение общей и апертурной площади.
Коэффициент полезного действия.

Дополнительные расходы, связанные с эксплуатацией

Использование этого не подразумевает какого либо ухода или обслуживания, кроме как периодической чистки от загрязнения и снега зимой (если сам не оттает). Однако будут и некоторые попутные расходы:

Ремонт, все что можно поменять по гарантии, производитель без проблем заменить, важно покупать официального дилера и иметь гарантийные документы.
Электричество, его расходуется совсем немного на насос и контроллер. Для первого можно поставить всего 1 солнечную панель на 300 Вт и ее вполне будет достаточно (подойдет даже без аккумуляторная система).
Промывка змеевиков, ее нужно будет делать один раз в 5-7 несколько лет

Все зависит от качества воды (если она используется как теплоноситель).

Принцип работы солнечных коллекторов

Если кратко, то солнечные коллекторы направлены на захват тепловой солнечной энергии, ее концентрацию и последующее направление на человеческие нужды.

Рассмотрим, из чего состоит солнечный коллектор:

Коллекторная система состоит, собственно, из коллектора, контура для теплообмена и теплового аккумулятора (обычного водяного бака).
По солнечному коллектору происходит циркуляция теплоносителя (жидкости). В нем теплоноситель нагревается от солнечной энергии.
Затем передают добытую энергию посредством теплообменника, вмонтированного в бак-аккумулятор, воде в баке.

В баке нагретая вода хранится вплоть до ее использования, к примеру, на отопление дома солнечными коллекторами, а также другие хозяйственные нужды.
Для более продолжительного сохранения воды в нагретом состоянии, бак должен обладать качественной теплоизоляцией.
Циркуляция воды в солнечном коллекторе может производиться как естественным, так и принудительным способом.
В бак-аккумулятор также может быть вмонтирован дублирующий электронагреватель, который при необходимости будет автоматически включаться, чтобы нагреть воду до заданной температуры при устоявшейся пасмурной погоде либо непродолжительном солнцестоянии в зимний период.

Сферы применения и расчёт мощности

Коллекторы применяются для нагрева воды и отопления. Последнее требуется зимой, когда плоские коллекторы неэффективны, так что для отопления целесообразно применять только вакуумные, но они куда дороже. Плоские же хороши в тех случаях, когда потребность в энергии возникает летом, потому их активно применяют в летних загородных домах. Так, с их помощью можно подогревать воду в открытом бассейне до комфортной температуры.

Перед установкой солнечного коллектора следует всё тщательно рассчитать, чтобы вложения в него были оправданными. При расчёте есть немало значимых факторов: расход горячей воды, форма крыши дома и его расположение, материал стен – и тому подобные. Если не углубляться в сложные расчёты, для обеспечения одного человека горячей водой в южных районах России понадобится 0,8 квадратных метров площади вакуумного коллектора и вдвое больше в случае с плоским. Для районов севернее необходимо сделать поправку, поскольку энергии коллекторы будут получать меньше.

Если солнечный коллектор приобретается и для отопления, полученную цифру нужно умножить в 2,5 раза – это позволит обеспечить половину необходимой энергии. Но нужно учесть, что температура теплоносителя будет невысокой – 40-45 °C, то есть потребуются низкотемпературные системы отопления, кроме того, летом лишнее тепло потребуется утилизировать. Из-за всех этих проблем для отопления коллекторы применяют довольно редко.

Для более точных расчётов может потребоваться информация от производителя приобретаемой модели относительно того, как меняется её производительность в зависимости от угла наклона зеркал, отклонения направления и прочих подобных факторов. Но идеальная точность расчётов обычно и не нужна: достаточно примерных значений, тем более, что выработка энергии всё равно будет зависеть от погодных условий.

Конечно, лучше всего, если её всегда ровно столько, сколько нужно, но в действительности добиться этого нельзя. Потому есть два подхода: устанавливать коллектор меньшей мощности, чем потребность в энергии, либо, наоборот, с существенным запасом по мощности.

В первом случае расчёт необходимой мощности ведут по самому тёплому месяцу года. Энергии при таком подходе никогда не будет слишком много, так что не придётся решать проблему с её избытком (а она существенна), но понадобятся и другие источники тепла. При втором подходе необходимую мощность рассчитывают по самому холодному месяцу. В таком случае недостатка в тепле не возникнет, но потребуется избавляться от его излишков.

Сколько энергии дает солнце

Из вышесказанного ясно, что эффективней всего гелиосистема будет работать летом, когда солнце высоко и солнечного света больше.

В цифрах энергия солнечного света характеризуется для 52 параллели и южнее как: Для июня — около 600 Вт энергии с метра кв. нагреваемой площади за один час.

Зимой же – чуть ли не в десять раз меньше. Для декабря – 80 Вт/м кв. за час.

В межсезонье, что-то среднее – октябрь, апрель – 300 – 350 Вт/м кв.

Но это, как указывалось, — для южных широт. Севернее солнца все меньше, и получаемой энергии значительно меньше.

Что же это значит с практической точки зрения, — что можно нагреть?

Схемы подключения преобразователей

Существует несколько схем подключения гелиосистемы в зависимости от их назначения:

Горячее водоснабжение на лето от коллектора. В схеме предусмотрена естественная циркуляция воды, но для повышения эффективности можно установить насос. Бак монтируется на высоте 80-100 см от емкости для сбора воды. Коллектор с баком соединяется трубами диаметром ¾ дюйма. Стенки емкости утепляют минватой толщиной 10 см и слоем полиэтилена. На зиму воду из системы сливают.
Круглогодичное использование гелиосистемы для подогрева воды. Для защиты от замерзания в контуре используется антифриз, также монтируется бойлер косвенного нагрева. Подогретый в коллекторе антифриз проходит через змеевик бойлера и подогревает воду в нем. Система укомплектовывается группой безопасности и расширительным баком, также нужен циркуляционный насос.
Отопление от гелиосистемы. В этом случае также понадобится бойлер косвенного нагрева. Для дополнительного нагревания теплоносителя используют котел на газе или твердом топливе. Осенью и весной котел можно отключить. Для эффективного отопления дома площадь гелиоколлектора должна составлять 40-50% от площади постройки.
Отопление и горячее водоснабжение от гелиосистемы. Для воды понадобится специальный бойлер с отдельной емкостью и змеевиком для циркуляции теплоносителя. Бойлер дополнительно подключают к котлу на газе, электричестве или твердом топливе.

Принцип работы коллектора зимой

В отопительных системах частных домов используется вакуумный солнечный коллектор. Он состоит из стеклянной изоляционной трубки, тепловой медной трубки, поглощающего слоя и алюминиевых прокладок между трубками, изоляционной вакуумной крышки.

В зимнее время система работает следующим образом:

Теплоноситель во внутреннем контуре под воздействием энергии солнца испаряется и конденсируется в теплообменнике коллектора. Здесь он передает тепловую энергию носителю внешнего контура и стекает вниз. Затем процесс повторяется снова.
Теплоноситель из внешнего контура поступает в накопительный бак. Здесь тепло передается жидкости в системе горячего водоснабжения и отопления.
Для движения теплового носителя во внешнем контуре устанавливается циркуляционный насос. Также для работы системы в автоматическом режиме монтируются элементы управления, датчики, контроллеры.

Области применения солнечных коллекторов

Главное назначение солнечных коллекторов, как и любых других теплогенераторов, – отопление зданий и подготовка воды для системы горячего водоснабжения. Осталось выяснить, какой именно тип гелиоколлекторов лучше подходит для выполнения той или иной функции.

Плоские солнечные коллекторы, как мы выяснили, отличаются хорошей производительностью в весенне-летний период, но малоэффективны зимой. Из этого следует, что использовать их для отопления, потребность в котором появляется именно с наступлением холодов, нецелесообразно. Это, однако, не означает, что для данного оборудования вовсе не найдется дела.

У плоских коллекторов есть одно неоспоримое преимущество – они существенно дешевле вакуумных моделей, поэтому в тех случаях, когда планируется использовать солнечную энергию исключительно летом, имеет смысл приобретать именно их. Плоские гелиоколлекторы прекрасно справляются с задачей подготовки воды для ГВС в летний период. Еще чаще их используют для подогрева до комфортной температуры воды в открытых бассейнах.

Трубчатые вакуумные коллекторы более универсальны. С приходом зимних холодов их производительность снижается не столь существенно, как в случае плоских моделей, а значит, они могут использоваться круглогодично. Это дает возможность задействовать подобные гелиоколлекторы не только для горячего водоснабжения, но и в системе отопления.

Сравнение плоских и вакуумных солнечных коллекторов.

Схемы подключения коллекторов

Типичные схемы установки коллекторов приводятся без указания типа оборудования

Важно соблюдать основное правило – гелиосистема должна передавать преобразованную солнечную энергию теплоаккумулятору, в качестве которого может выступать буферная емкость отопления или бойлер ГВС, оборудованные теплообменником для подключения солнечного коллектора

Для регионов с суровыми зимами, малой продолжительностью светового дня аккумулятор в обязательном порядке оборудуется косвенным нагревательным элементом, иначе в пасмурную погоду и зимой тепла можно и не дождаться. Схема с самотечной транспортировкой жидкости считается более практичной, но для самостоятельного движения теплоносителя охладитель нужно располагать выше, чем нагреватель. Поэтому низ бака размещается на расстоянии минимум 0,5 м выше, чем верхняя точка гелиосистемы.

Если бойлер размещен в верхней части чердака, подойдет схема расположения коллектор на крыше. Трубы следует обернуть теплоизоляционными материалами толщиной до 100 мм, а для снижения гидравлического сопротивления системы применяются трубы большего диаметра.

При системе, в которой коллектор прогревает бойлер косвенного нагрева (в прогревании также участвует и котел), целесообразнее применять насос и установить бойлер в котельной возле котла.

Если применяется схема подключения гелиосистемы на буферную теплоаккумулирующую емкость, например, для круглогодичного использования системы и прогрева солнечной энергией всей системы отопления в доме, подойдет такой вариант размещения.

Для существующих систем отопления в доме применяется следующий вариант интеграции оборудования. Таким образом солнечный коллектор подключается на отдельный бак-аккумулятор, менять оборудование не придется.

Для обустройства системы пригодится аварийный клапан повышенного давления, расширительный бак объемом от 0,1 объема контура и автоматический воздухоотводчик. Для предупреждения ухода воды из бойлера нужно смонтировать на холодный трубопровод обратный клапан. Монтаж обязательной автоматики управления циркуляционными насосами приводит к удорожанию проекта, но в противном случае систему придется включать и отключать вручную, например, когда нагрева от солнца нет.

Особенности монтажа

Помимо правильного выбора оборудования и грамотного проектирования для безупречной работы системы необходим квалифицированный монтаж. Существует много тонкостей, применение которых поможет увеличить срок эксплуатации всех элементов коллектора.

Первый нюанс касается термостатического клапана, который служит защитой от ожогов. В стандартных системах теплоснабжения этот элемент монтируют редко ввиду того, что температуру горячей воды можно регулировать на генераторе. Поэтому при проектировании гелиосистемы про клапан зачастую забывают. В регуляторе солнечной системы также можно установить ограничитель нагрева воды, но тогда эффективность оборудования будет существенно снижена. Нагретый до максимальной температуры бак обеспечит горячей водой даже в пасмурные дни.

Чтобы клапан работал правильно, его устанавливают немного дальше от водонагревателя. Близкое расположение провоцирует перегрев узла, в результате чего горячая вода перестаёт поступать в трубопровод.

Второй нюанс касается ёмкости аккумулятора ГВС. Он устанавливается в просторном месте

Это важно для беспрепятственного доступа к бачку для его обслуживания и ремонта. Нередко для бака подбирают часть помещения под лестницей или подвал

В таком случае необходимо учесть высоту потолка. Наверху водонагревателя расположен магниевый анод. Для его замены потребуется пространство над баком не менее 60 см. Если высота не позволяет производить ремонтные работы, то на этапе монтажа системы следует установить активный электрический анод.

Третий нюанс касается монтажа расширительного бачка, который компенсирует весь теплоноситель, вытесняемый из коллекторов при стагнации. При этом учитывается температурное расширение жидкости. Корректное функционирование бачка обеспечивает его правильное расположение. Монтаж производится ниже уровня насосной группы. Если расположить ёмкость выше насосов, то мембрана станет уязвимой перед воздействием высоких температур, в результате чего на ней образуется воздушный пузырь. Он подсушивает резину, ухудшая её эластичность и другие физические свойства. Это приводит к быстрому изнашиванию мембраны.

Четвёртый нюанс касается подключения гелиоконтура к баку аккумулятору. Из-за того, что тепло всегда устремляется вверх, нужно делать подключение снизу, создавая преграду на пути тёплого потока. Это достигается путём подсоединения труб к водонагревателю с созданием, так называемой петли (термопетли). При игнорировании рекомендации температура воды в баке за ночь снизится минимум на 2-8 градусов.

Пятый нюанс касается обратного клапана. При его отсутствии всё тепло, накопленное за день в гелиоконтуре, рассеется через коллекторы в ночное время суток. Для предотвращения нерационального использования ресурсов рекомендуется в нижнем подключении бака аккумулятора устанавливать обратный клапан.

Конструкция своими руками

Конструкция солнечных установок не настолько сложна, чтобы люди, обладающие некоторой подготовкой, были не в состоянии самостоятельно изготовить и запустить их в своих домах. Гелиосистема для отопления дома 100 кв м своими руками — это вполне воплотимый замысел, который поможет существенно сэкономить на приобретении и ремонтных работах. Рассмотрим возможные варианты.

Термосифонная гелиосистема

Термосифонные гелиосистемы — это трубчатые коллекторы, которые были рассмотрены выше. Существуют безнапорные и напорные конструкции, различающиеся способом циркуляции теплоносителя. Безнапорные работают на естественном перемещении жидкости и не нуждаются в электроэнергии, состав комплекса намного проще и дешевле. Напорные способны обеспечить заданный режим циркуляции и позволяют получить максимальную эффективность. Наиболее активная работа таких систем — период с апреля по октябрь, чем севернее регион, тем короче срок наибольшей активности установок.

Воздушная гелиосистема

Воздушные коллекторы — это установки, использующие в качестве теплоносителя воздух. Они обогревают дом вентиляционным методом, что позволяет серьезно экономить на создании отопительных контуров и пользоваться системой круглый год.

Коллектор представляет собой полый черный ящик, в котором от солнечного тепла нагревается воздух. Теплый воздух направляют в помещение, а остывший — в коллектор на подогрев. Для снижения теплопотерь ящик устанавливается в прозрачную герметичную емкость, защищающую от внешних воздействий — ветра, низкой температуры и т. п. Вход и выход размещают в разных помещениях для увеличения разницы давления и организации самостоятельно циркуляции потоков.

Советы по монтажу

Несколько рекомендаций помогут увеличить производительность коллектора отопления:

Ящик с радиатором лучше установить не жестко, а с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси. Это даст возможность в течение всего сезона располагать его под прямым углом к направлению солнечных лучей. В этом случае обвязку выполняют гибкой подводкой.
Для стравливания воздуха в нижнюю часть контура следует врезать вентили.
Трубы с горячей водой необходимо утеплить.
В ночное время доступ воды в бак во избежание теплопотерь следует перекрывать.

Не забудьте на вводе в аванкамеру (перед поплавковым краном) установить вентиль. При наступлении холодов его необходимо будет перекрыть, а систему – сдренировать.

Классификация солнечных коллекторов

Рассмотрим классификацию коллекторов по температурному режиму и по конструктивному исполнению.

Классификация коллекторов по предельным показателям температуры, которой они способны достигать, так же разделяет коллекторы по области их применения.

Коллекторы низких температур. Дают температуру не выше 50 °C и применяются в тех случаях, когда слишком горячая вода не требуется.
Коллекторы средних температур. Они способны нагревать воду от 50 °C до 80 °C. Как правило, это коллекторы-концентраторы, аккумулирующие тепло, которое затем используется для нагрева воды в жилом секторе.
Коллектор высоких температур. теплоноситель в таких коллекторах может подогреваться до 2000С и выше. Зачастую имеет сложную геометрическую форму и систему зеркал, например параболической тарелки и используется крупными предприятиями, которые генерируют электричество и распределяют его для городских электросетей.

Классификация коллекторов по типу конструкции отражает принцип осуществления теплообмена

Емкостные коллекторы. Данный коллектор одновременно аккумулирует и хранит некоторое количество нагретой воды или теплоносителя. Могут применяться для преднагрева воды с целью дальнейшего ее подогрева с помощью традиционных нагревателей. Такие коллекторы могут быть собраны в батарею из нескольких баков, заполненных теплоносителем. Эти баки помещаются в теплоизолированный ящик со стеклянными стенками (одной или несколькими). Такая простота устройства обуславливает его относительно не большую цену. Основные плюсы такого вида коллекторов. Первый – экономия на электричестве. Второй – существенно более дешевый вариант солнечной водонагревательной системы. Третий – минимум технического обслуживания, за счет отсутствия в нем движущихся частей (насосов и прочего);
Плоские коллекторы. Стремительно набирают популярность для использования в бытовых условиях, нагрева воды или теплоносителя в отопительных системах. Внешне они более привлекательны, такое устройство выглядит как плоская коробка со стеклянной крышкой. Содержание железа в стекле стараются делать очень низким, чтобы позволить пропускать большую часть поступающего света, в коллектор. Внутри коллектора находится элемент или несколько элементов, которые поглощает солнечный свет. Часто это черная пластина, которая поглощает тепло. Проходя через стекло, и попадая на поглощающую пластину, солнечная радиация превращается в тепловую энергию. Далее, полученное тепло передается теплоносителю (жидкости или воздуха), которые циркулируют в трубах. Абсорбирующие пластины изготавливаются из металла, который наилучшим образом проводит тепло (например, медь и алюминий).

Далее более подробно рассмотрим распространенные конструкции солнечных коллекторов. Они не являются классификацией, скорее относятся к разделу терминологии.

Солнечный коллектор из змеевика холодильника

Солнечный коллектор своими руками можно смастерить из обычного змеевика, снятого со старого холодильника. Для работы потребуется подготовить:

Непосредственно змеевик
Рейки и фольга для каркаса
Бочка или бак для воды
Резиновый коврик
Запорная арматура (вентили, труб и т. д.)
Стекло

Промыв змеевик от фреона, необходимо сбить вокруг реечный каркас. Его точные размеры будут зависеть от размера рабочего узла, который был демонтирован с холодильника. Коврик необходимо подогнать под рейки, среди которых змеевик должен свободно располагаться.

На резиновый коврик (дно каркаса) укладывается фольгирующий слой. Затем змеевик фиксируют при помощи винтовых хомутов. В стенках проделываются отверстия, через которые будут проходить трубы. Повысить продуктивность можно за счет герметизации стыков герметикам.

Дно также укрепляется рейками. Сверху монтируется стекло и фиксируют при помощи скотча. Чтобы не волноваться, можно вырезать несколько алюминиевых пластинок и сделать из них прижимы.

Видео о техническом устройстве и испытании солнечного коллектора:

В заключении

Такое сооружение, как солнечный коллектор своими руками, может существенно повысить уровень комфорта в загородном доме или на даче. Пусть незначительно, но оно снижает траты на потребляемую энергию, вырабатываемую классическими источниками энергии.

Окупаемость

Окупаемость затрат на оборудование целесообразно рассматривать при круглогодичной эксплуатации и применении для отопления, получения горячей воды для повседневных нужд.

Расходы при сезонном использовании начнут возвращаться сразу, особенно если коллектор установлен на даче и служит больше для выработки горячей воды. В этом случае будет больше интересовать соотношение «цена — производительность». На одного члена семьи будет достаточно около 1,5м² площади плоского коллектора.

Горячая вода очень необходима тем семьям, у которых есть маленькие дети и тут, гелиоустановка очень пригодится. Но и остальным члена семьи будет приятно принять горячий душ после праведных трудов на своём участке. Значительно облегчится мытьё посуды и стирка вещей. Поэтому вопрос об окупаемости можно перефразировать в вопрос необходимости солнечного коллектора для получения горячей воды.

Использование устройства для почти полноценного отопления здания или хотя бы сокращение потребления газа, угля, электричества потребует серьёзных предварительных расчётов об экономической составляющей оборудования и его монтажа.

Этапы:

Определение количества солнечной тепловой энергии в месте расположения дома. Такие данные можно найти в справочной литературе, интернете, но более точные сведения имеются в местных метеослужбах. Причём, они располагают многолетними наблюдениями, поэтому можно вычислить среднее значение, которое использовать в своих дальнейших расчётах.
Уточняются зоны, где будет производиться отопление, — сами понимаете, что сени, кладовки и подобные хозяйственные помещения обогревать не целесообразно. Но, — детские комнаты потребуют более тщательного нагрева, нежели кухня или гостиная.
Примерная полезная площадь коллектора для отопления 1м² помещения составляет 0,4–0,5м². Эта цифра приведена для умеренных широт. На юге потребуется около 0,2–0,3м², в северных областях 0,6–0,8м². Уже из этих цифр видно, что гелиоустановку в местах с суровым климатом, можно использовать как вспомогательный источник тепла, иначе затраты на оборудование окажутся очень большими.
Для отопления 100м² площади дома в средних широтах понадобится трубчатый коллектор с эффективной площадью 40–60м². Полный комплект (оборудование отечественное), включая два бака по 300 литров, насосы и систему управления, вместе с монтажом стоит около 450000 рублей.
На 100м² в течение года необходимо около 120000МДж тепла.

Усреднённая стоимость тепловой энергии:

газовый котёл, — около 0,35–0,40руб. за 1МДж тепла, в год 42000–48000руб;
электрокотёл, — примерно 0,9–1,10руб за 1МДж тепловой энергии, в год 108000–132000руб;
гелиоэнергия, — почти бесплатно, только расходы на питание электронасоса, — за год набежит 5000–6000руб.

То есть для коллектора все расходы, это небольшие затраты на насос. Отсюда следует, за какое время, по сравнению с другими системами, вернутся вложенные деньги, и начнётся чистая экономия.

Средняя стоимость газового котла с установкой составит около 350000 рублей, электрокотла – 10000 рублей.

За 20 лет общие расходы составят:

газовое отопление, 20лет * 42000руб/год + 350000руб = 1190000руб.;
электрокотёл, 20лет * 108000руб/год + 10000руб. = 2170000руб.;
гелиоустановка, 20лет * 6000руб/год + 450000руб = 570000руб.

Видно, что прошествии 6–8лет солнечный коллектор вернёт деньги и начёт экономить. Но были взяты идеальные условия, к тому же, не учитывалось потребление горячей воды на повседневные нужды. С учётом всех факторов, реальный срок окупаемости для средних широт наступит через 11–12лет.

Большой минус гелиоустановки – это большие одноразовые финансовые вложения. Снизить их поможет поэтапное добавление секций коллекторов, но тогда при проектировании системы отопления, необходимо предусмотреть это в общей конструкции.

В принципе, использование солнечного излучения для обогрева дома и получения горячего водоснабжения, на современном этапе развития технологий оправдано для нескольких случаев:

применение солнечных коллекторов плоского типа для сезонной эксплуатации на садово-дачных участках;

вакуумная конструкция сможет обеспечить теплом весь дом в условиях достаточно мягкого климата, для умеренных и северных широт такой вид отопления целесообразно рассматривать в качестве вспомогательного, из-за достаточно дорогостоящего оборудования;

очень хорошо солнечный коллектор любого типа сочетается с геотермальным отоплением, — летом он может давать тепло в грунт, который будет его аккумулировать и отдавать зимой.

Цена и окупаемость

С финансовой точки зрения солнечные гелиоколлектора необходимо считать инвестициями. Срок окупаемости может быть разным – от нескольких месяцев до нескольких лет. Зависит он от того, когда и сколько раз будет использоваться система.Срок службы солнечных гелиоколлекторов может быть более 30 лет. Но они в любом случае окупятся, учитывая, что они практически не требуют обслуживания.

Работоспособность всей системы полностью зависит от качества каждого элемента и правильности монтажа. Солнечные гелиоколлектора не смогут работать в полную силу, если будет неправильно подобрано остальное оборудование. Установку и проектирование лучше доверить профессионалам.