Простой солнечный коллектор своими руками

Соорудить солнечное отопление частного дома своими руками – не такая и сложная задача, как кажется неосведомленному обывателю. Для этого понадобятся навыки сварщика и материалы, доступные в любом строительном магазине.

Актуальность создания солнечного отопления частного дома своими руками

Получить полную автономию – мечта каждого владельца, затевающего частное строительство. Но действительно ли солнечная энергия способна отапливать жилой дом, особенно если устройство для ее накопления собрано в гараже?

Расчет мощности солнечного коллектора

В зависимости от региона солнечный поток может давать от 50 Вт/кв.м в пасмурный день до 1400 Вт/кв.м при ясном летнем небе. При таких показателях даже примитивный коллектор с низким КПД (45-50%) и площадью 15 кв.м. может выдавать в год около 7000-10000 кВт*ч. А это сэкономленные 3 тонны дров для твердотопливного котла!

Как рассчитать необходимую площадь солнечного коллектора для бытовых нужд:

  • в среднем на квадратный метр устройства приходится 900 Вт;
  • чтобы повысить температуру воды, необходимо затратить 1,16 Вт;
  • учитывая также теплопотери коллектора, 1 кв.м сможет нагреть около 10 литров воды в час до температуры 70 градусов;
  • для обеспечения 50 л горячей воды, необходимой одному человеку, понадобится затратить 3,48 кВт;
  • сверившись с данными гидрометцентра о мощности солнечного излучения (Вт/кв.м) в регионе, необходимо 3480 Вт разделить на получившуюся мощность солнечного излучения – это и будет нужная площадь солнечного коллектора для нагрева 50 л воды.

Как становится понятно, эффективное автономное отопление исключительно с использованием солнечной энергии осуществить довольно проблематично. Ведь в хмурую зимнюю пору солнечного излучения крайне мало, а разместить на участке коллектор площадью 120 кв.м. не всегда получится.

Применение солнечных коллекторов

Так неужели солнечные коллекторы нефункциональны? Не стоит заранее сбрасывать их со счетов. Так, с помощью подобного накопителя можно летом обходиться без бойлера – мощности будет достаточно для обеспечения семьи горячей водой. Зимой же удастся сократить затраты на энергоносители, если подавать уже нагретую воду из солнечного коллектора в электрический бойлер. Кроме того, солнечный коллектор станет отличным помощником тепловому насосу в доме с низкотемпературным отоплением (теплыми полами).

Так, зимой нагретый теплоноситель будет использоваться в теплых полах, а летом излишки тепла можно отправить в геотермальный контур. Это позволит снизить мощность теплового насоса. Ведь геотермальное тепло не возобновляется, так что со временем в толще грунта образовывается все увеличивающийся «холодный мешок». Например, в обычном геотермальном контуре на начало отопительного сезона температура составляет +5 градусов, а в конце -2С. При подогреве же начальная температура поднимается до +15 С, а к концу отопительного сезона не падает ниже +2С.

Инструкция изготовления солнечной батареи своими руками

Вариантов исполнения солнечных коллекторов много. Для подогрева воды в открытых бассейнах на даче без больших финансовых затрат, можно изготовить солнечный коллектор самостоятельно своими руками.

Простая схема из шланга для полива

  • На металлический лист 1500х1500х2 мм. наносится краска чёрного цвета.
  • Поливочный шланг сворачивается спиралью. Необходимо создать 4 улитки по 60 см в диаметре соединённые между собой последовательно.
  • Закрепить спирали между собой можно посредством проволоки или бечёвки.
  • Укладываются они на плоскость листа.
  • Подача воды из бассейна осуществляется через циркуляционный насос.
  • Напор регулируется опытным путём.
  • Лист необходимо приподнять для создания угла равного 60 градусам. Это необходимая величина для попадания на коллектор прямых солнечных лучей.
  • Вода в такой системе прогревается до 500С.
  • В течение нескольких часов вода в небольшом бассейне приобретёт комфортную температуру.

Более сложный вариант сборки коллектора из пластиковой трубы

  • На лист фанеры с рабочей стороны наносится чёрная краска.
  • Из полипропиленовой трубы диаметром 10 мм спаивается система в виде змеевика.
  • Отрезки трубы соединяются уголками.
  • Шаг между прямыми участками трубы равен 50 мм.
  • Конструкция крепиться к листу фанеры с помощью полиэтиленовых самозатягивающихся хомутов.
  • Труба окрашивается краской в чёрный цвет. Это необходимо не только для нагрева воды, но и для защиты материала трубопровода от разрушительного воздействия ультрафиолета.
  • Готовый блок обрамляется рамой из рейки 20х20 мм.

Сверху на раму закрепляются полосы стекла. Они обеспечат лучший прогрев трубы за счет создания барьера для защиты от ветра и аккумуляции дополнительного объёма солнечных лучей.

  • Задняя стенка коллектора обклеивается пенопластом для создания теплоизоляции внутреннего пространства.
  • Для установки конструкции собирается каркас из бруса сечением 50х50 мм.
  • Коллектор устанавливается на каркас жёстко для сопротивления ветру.
  • Подача воды осуществляется с нижнего края с применением циркуляционного насоса.
  • Выход воды осуществляется в верхнем углу противоположной стороны системы.
  • Температура воды при правильной регулировке насоса достигает 650с.
  • Горячая вода по шлангу поступает в бассейн.

Солнечный коллектор своими руками

С помощью самодельного солнечного нагревателя, можно бесплатно нагревать воду для домашних нужд: для душа, рукомойника, раковины на кухне. Конструкция коллектора довольно проста и сделать его своими руками сможет каждый.

Изготовление самодельного солнечного коллектора

Для сборки коллектора понадобились следующие материалы:

  • Лист OSB 2500 х 1250 мм – 1 шт.
  • Брус 40 х 50 х 4500 мм – 2 шт.
  • Поликарбонат – 2100 х 1200 мм.
  • Листы пенополистирола – толщина 20 мм – 3 шт.
  • Фольгированный утеплитель – 2 м.
  • Перфорированная жесть – 2 м.
  • ПВХ шланг – 25 м.
  • Эмаль ПФ 115 – 1 л.
  • Чёрная краска в баллончике – 1 шт.
  • Шурупы 35 мм – 100 шт.

Распилены бруски. Под лист поликарбоната в брусках сделан пропил. Состыковал бруски по углам в замок. Чтобы короб был герметичным, промазал бруски силиконом. Короб основа под солнечный коллектор готова.

В короб уложены листы пенополистирола, сверху наклеен фольгированный утеплитель. Шлаг будет крепиться проволокой, для этого на коробе закрепил полоски перфорированной жести с отверстиями, через которые была вставлена проволока. На дно короба уложен и закреплён проволокой ПВХ шланг.

Концы шланга выведены из короба через отверстия в брусках. Чтобы увеличить площадь поглощения солнечной энергии фольгированная поверхность покрашена чёрной краской из баллончика.

  • Короб закрыт поликарбонатом и посажен на силикон.
  • Солнечный коллектор подключён к баку ёмкостью на 500 литров.
  • Для перекачивания воды по системе был установлен циркуляционный насос.
  • Панель коллектора установлена по направлению в солнечную сторону.
  • Эффективность работы самодельного солнечного коллектора:
  • В 17:00 набрана ёмкость воды 500 л и включен циркуляционный насос, начальная температура воды +24 °С.
  • В 18:00 температура воды в баке поднялась до +28°С.

Подсчитаем мощность солнечного коллектора по формуле:

Q=c*m*(t2-t1).

Удельная теплоемкость для воды с = 4183 (Дж*кг*К).

Масса 0.5 куб. м воды m=500.

Температура t2 — t1 = 28 — 24 = 4 °С.

Q = 4183*500*4 = 8366000 (Дж) = 8366 (КДж).

1 (кДж) = 0,28 (Вт/ч)

Мощность самодельного коллектора составила = 2,342 Киловатт в час.

Монтаж, расчет и цена солнечных коллекторов для отопления дома

Солнечный коллектор крепится на предварительной собранной раме. На скатной крыше основанием является крепежная консоль из алюминиевого анодированного профиля, которую фиксируют сквозь покрытие кровли в стропильной балке на глубину до 10 см. Место выхода анкера через крышу герметизируется силиконовой резиной. Встраиваемая в кровлю система позволяет сэкономить на черепице или шифере. Установка производится на специальных браслетах, которые имеют изгиб, повторяющий форму черепицы. Такое огибание позволяет не делать отверстия в самой кровле и одновременно надежно фиксировать систему. Монтаж остальных элементов отопления выполняется в соответствии с законами гидродинамики, соблюдением уклонов для того, чтобы вода могла свободно циркулировать в случае отсутствия электроэнергии.

Важно! Запрещено монтировать крупногабаритные гелиоколлекторы, предназначенные для встраивания в крышу, на земле или плоской кровле. Следует строго выдерживать угол наклона к горизонту в диапазоне от 35 до 45°. Это обеспечит максимальную производительность оборудования.

Читайте также:  25 лучших твердотопливных котлов: истина

Наиболее эффективные солнечные коллекторы находятся в южных областях. Устройство с рабочей площадью 1 м2 за год вырабатывает такое количество тепла, которое сопоставимо при сгорании 300 м3 природного газа. При цене последнего в среднем по 6 рублей за 1 м3 сумма экономии составит 1800 рублей. Устанавливают три бойлера с рабочей площадью нагрева 2,5 м2. Сэкономленной суммы вполне хватит, чтобы зимой полностью отказаться от газа.

Стоимость солнечного коллектора для отопления дома зимой меньше, чем цена проектирования, монтажа и подключения к уличному распределительному газопроводу. Если учесть стоимость газа, то это разница становится еще больше. Расходная часть бюджета по обслуживанию гелиосистемы идет только на электроэнергию, необходимую для работы циркуляционного насоса. Преимуществом солнечного радиатора является отсутствие сложных систем, безопасность и повышенный срок эксплуатации по сравнению с газовыми приборами.

Недостатком агрегата является его большая стартовая стоимость. Цена солнечного коллектора для отопления дома может достигать 1000 евро, а вместе с монтажными работами – больше 2000. Окупается система в течение 5-7 лет. Другой минус – непостоянство работы. Она зависит от солнечных дней. Поэтому такой обогрев является только дополнением к основному.

Графический метод расчета системы горячего водоснабжения

Поскольку для определения количества оборудования, которое необходимо приобрести для организации солнечного нагрева воды и подачи ее в дом, особая точность не требуется, многие изготовители и поставщики систем горячего водоснабжения разработали собственные методики расчета, воплотив их в простейшие графики.

По таким графикам любой потенциальный покупатель может самостоятельно определить свои потребности в тех или других компонентах системы нагрева воды. Ниже приведен один из таких графиков. Чтобы определиться с составом оборудования, необходимо выполнить несколько последовательных шагов.

Графическое определение состава оборудования для горячего водоснабжения

Графический метод расчета системы горячего водоснабжения
  1. Определить количество постоянных потребителей.
  2. Задать примерный объем расходуемой воды.
  3. На основании этих данных определить рекомендуемый объем бойлера.
  4. Задать оптимальную степень замещения суточных потребностей в тепле на энергию солнца.
  5. Выбрать грубо («Север» — «Юг») вашего месторасположения.
  6. Определить предполагаемую ориентацию гелиевых коллекторов.
  7. Задать угол наклона коллекторов по отношению к горизонту.

Выполнив эти действия, вы получите примерный состав оборудования, которое необходимо для удовлетворения ваших потребностей в горячей воде, а именно объем бойлера, количество коллекторов. А уж за вами остается решение, как именно использовать это оборудование – в качестве основной или вспомогательной системы горячего водоснабжения.

Зная состав системы ГВС, можно легко рассчитать стоимость всех компонентов, а также приблизительно рассчитать сроки окупаемости этого оборудования.

Можно ли использовать солнечный коллектор зимой

Для круглогодичного использования устройства, нужно подробнее узнать, как работает солнечный коллектор зимой. Главное отличие — теплоноситель. Поскольку вода может замерзать в трубах контура, ее нужно заменить антифризом. Работает принцип косвенного нагрева с установкой дополнительно бойлера. Далее схема такова:

  • После того как антифриз нагреется, он поступит от батареи, расположенной на улице, в змеевик бака с водой и нагреет ее.
  • Затем теплая вода будет подаваться в систему, остывшая возвращаться обратно.
  • Обязательно нужно установить датчик давления (манометр), воздухоотводчик, расширительный клапан для сброса избыточного давления.
  • Как и в летнем варианте, для улучшения циркуляции необходимо предусмотреть наличие циркуляционного насоса.
Можно ли использовать солнечный коллектор зимой

Солнечный коллектор на крыше дома в зимнее время года

Нужно знать! Существуют разные схемы коллекторов, которые можно изготовить самостоятельно, они различаются конструкционными особенностями, имеют достоинства и недостатки.

Принцип действия плоского солнечного коллектора

Плоский солнечный коллектор состоит из следующих основных элементов, помещенных в алюминиевый корпус:

  • медная пластина адсорбера на всю площадь корпуса;
  • защитное стекло или поликарбонат;
  • змеевик из медных трубок, расположенный под адсорбером.

Работает солнечный коллектор для нагрева воды этого типа очень просто. Адсорбер нагревается от солнца и отдает тепловую энергию змеевику, по которому циркулирует теплоноситель.

Благодаря простой конструкции плоский коллектор стоит относительно недорого и не требует сложного обслуживания. Однако его недостатком является достаточно высокий уровень тепловых потерь. Для их снижения применяется теплоизоляция задней поверхности. Для этой цели чаще всего используется минеральная вата или другие эффективные утеплители. Однако полностью решить проблему не удается. Наиболее высокие потери тепла наблюдаются при значительной разнице температуры внутри корпуса и снаружи. Это делает плоские коллекторы малоэффективными в холодное время года.

Читайте также:  Как установить инфракрасный теплый пол правильно

Солнечный коллектор своими руками

Солнечный коллектор из поликарбоната

Необходимо сразу отметить, что для обеспечения отопления солнечной энергией коллектор своими руками не подойдет. Для этого следует воспользоваться схемой производства вакуумной конструкции, рассмотренной выше. Но в домашних условиях сделать ее практически невозможно из-за отсутствия необходимого оборудования и расходных материалов. Поэтому рассмотрим один из самых простых способов изготовления солнечная батарея отопления для горячего водоснабжения.

Для производства потребуются следующие расходные материалы:

Солнечный коллектор своими руками
  • Лист сотового поликарбоната. Для горячего водоснабжения дачи или небольшого дома с помощью солнечного коллектора для отопления своими руками достаточно будет листа размером 2*1 м;
  • Труба ПВХ, фитинги и гибкие шланги. С их помощью будет сделана система циркуляции нагретой воды и подача ее потребителю;
  • Профиль каркасный для гипсокартона и листы пенопласта. Они необходимы для создания защитного корпуса в пассивной системе солнечного теплоснабжения.

Изготовление солнечного коллектора

Соты должны располагаться горизонтально для лучшего нагрева воды. Затем в трубах ПВХ делают продольные разрезы. Через них будет поступать нагретая воды из листа поликарбоната. В полученные разрезы устанавливается лист. Он не должен заходить в трубу до упора.

С помощью термопистолета выполняется изоляция швов. Без этого инструмента велика вероятность возникновения протечек в отопление и ГВС дома солнечным коллектором. Перед установкой в каркас обязательно следует провести испытания герметичности конструкции. Для этого ее следует заполнить водой и визуально проконтролировать отсутствие протечек.

Для изготовления каркаса потребуются оцинкованные профили для гипсокартона. Они будут выполнять защитные функции, аналогичные корпусу солнечного радиатора для отопления дачи. Под лист поликарбоната устанавливается слой утеплителя, затем ложится солнечный коллектор, изготовленный самостоятельно. Для более эффективного нагрева рекомендуется покрасить лист в черный цвет.

При расчете солнечного коллектора для теплоснабжения учитывается положение солнца в определенный момент дня. Наибольшая эффективность достигается, когда угол падения лучей строго перпендикулярен поверхности конструкции.

Солнечный коллектор своими руками

Оптимальным вариантом является использование солнечных систем теплоснабжения частного дома в качестве вспомогательных. Для лучшей эффективности рекомендуется установить тепловой аккумулятор. Вода в нем будет от коллектора нагреваться днем, а в темное время суток накопленная тепловая энергия передастся основному теплоносителю в системе.

В видеоматериале показан пример изготовления солнечного коллектора из полимерных труб:

Что лучше

Система солнечного теплоснабжения может устанавливаться на крышах любого вида. Более прочными и надежными считаются плоские коллекторы, в отличие от вакуумных, конструкция которых более хрупкая. Однако при повреждении плоского коллектора придется заменить всю абсорбирующую систему, тогда как у вакуумного замене подлежит лишь поврежденная батарея. Эффективность вакуумного коллектора гораздо выше, чем плоского. Их можно использовать в зимнее время и они производят больше энергии в пасмурную погоду. Достаточно большое распространение получил тепловой насос, несмотря на свою высокую стоимость. Показатель выработки энергии у вакуумных коллекторов зависит от величины трубок. В норме размеры трубок должны составлять в диаметре 58 мм при длине от 1,2-2,1 метра. Достаточно сложно установить коллектор своими руками. Однако обладание определенными знаниями, а также следование подробным инструкциям по монтажу и выбору места системы, указанными при покупке оборудования существенно упростит задачу и поможет принести в дом солнечное теплоснабжение.

Что лучше

Вакуумный коллектор

Сравнительно с плоским устройством, вакуумный коллектор обладает иной конструкцией. Ключевыми рабочими компонентами принято считать вакуумированные трубки, а еще теплоноситель. Благодаря высокоселективному покрытию такая поверхность устройства намного больше солнца. Солнечная энергия быстро нагревает внутренний теплоноситель. Ликвидация теплопотерь случается при подмоге вакуумной прослойки. Аккумулированная энергия проходит сквозь теплосборник, передвигаясь к самой системе устройства. Накопленную энергию можно использовать для нагрева воды в накопительном баке.

Полученную энергию можно применять для нагрева жидкости в накопительном баке.

Ежели анализировать работу в целом, то вакуумный сборник владеет максимальной производительностью, по сопоставлению с плоским устройством. Конструкцию возможно помещать на кровлю приватного дома, в оранжерее, теплице, парнике, в летней душевой кабине.

Лучшим из лучших изолятором считается вакуум.