Зміст:
- Як працює сонячний колектор?
- Конструкція плоского колектора
- Пристрій вакуумного колектора
- Як виготовити сонячний колектор?
- Висновок
Різні сонячні колектори з’явилися на ринку досить давно. Це пристрої, що використовують енергію сонця для нагрівання води на домашні потреби. Але придбати популярність серед користувачів їм заважає висока вартість, це біда всіх альтернативних джерел енергії. Наприклад, загальні витрати на придбання і монтаж установки, що забезпечить потреби середньої сім’ї, складуть 5000$. Але вихід є: можна зробити сонячний водонагрівач своїми руками з доступних за ціною матеріалів. Якими способами це реалізувати, буде розказано в даному матеріалі.
Як працює сонячний колектор?
Принцип дії колектора заснований на поглинання (абсорбції) теплової енергії сонця спеціальним прийомним пристроєм і передачею його з мінімальними втратами теплоносію. В якості приймача використовуються мідні або скляні трубки, пофарбовані в чорний колір.
Адже відомо, що найкраще абсорбують тепло предмети, що мають темну або чорне забарвлення. Теплоносієм найчастіше виступає вода, іноді – повітря. По конструкції сонячні колектори для опалення і гарячого водопостачання бувають таких видів:
- повітряні;
- водяні плоскі;
- водяні вакуумні.
Серед інших сонячний повітряний колектор відрізняється простотою конструкції і, відповідно, найнижчою ціною. Він являє собою панель – приймач сонячної радіації з металу, укладений в герметичний корпус. Сталевий лист для кращої тепловіддачі забезпечений з задньої сторони ребрами і покладений на дно з тепловою ізоляцією. Спереду встановлено прозоре скло, а з боків корпусу є отвори з фланцями для підключення повітроводів або інших панелей, як показано на схемі:
Повітря, що надходить через отвір з одного боку, проходить між сталевими ребрами і, отримавши від них тепло, що виходить з іншого.
Треба сказати, що установка сонячних колекторів з нагріванням повітря має свої особливості. Через їх невисоку ефективність для обігріву приміщень слід застосовувати кілька подібних панелей, об’єднаних в батарею. Крім того, обов’язково знадобиться вентилятор, оскільки нагріте повітря з колекторів, які перебувають на покрівлі, самостійно вниз не піде. Принципова схема повітряної системи показано нижче на рисунку:
Простий пристрій і принцип роботи дозволяють виконувати виготовлення колекторів типу повітряного своїми руками. Але потрібно багато матеріалу для декількох колекторів, а підігріти воду з їх допомогою все одно не вийде. З цих причин домашні умільці воліють займатися водяними нагрівачами.
Конструкція плоского колектора
Для самостійного виготовлення найбільший інтерес становлять плоскі сонячні колектори, призначені для нагріву води. У корпусі з металу або алюмінієвого сплаву прямокутної форми розміщений теплової приймач — пластина з запресованим в ній змійовиком з мідної трубки. Приймач виконується з алюмінію або міді, покритої абсорбційним шаром чорного кольору. Як і в попередньому варіанті, знизу пластина відокремлена від дна шаром теплоізоляційного матеріалу, а роль кришки грає міцне скло або полікарбонат. Нижче на малюнку зображено пристрій сонячного колектора:
Пластина чорного кольору поглинає тепло і передає його теплоносію, який рухається по трубках (вода або антифриз). Скло виконує 2 функції: пропускає до теплообмінника сонячну радіацію і служить захистом від опадів і вітру, що знижують продуктивність нагрівача. Всі з’єднання виконані герметично, щоб всередину не потрапляла пил і скло не втрачало прозорості. Знову ж таки, тепло сонячних променів не повинно зникати зовнішнім повітрям через щілини, від цього залежить ефективна робота сонячного колектора.
Даний вид – найпопулярніший серед покупців з-за оптимального співвідношення ціна — якість, а серед домашніх майстрів — з причини відносно нескладної конструкції. Але застосовувати такий колектор для опалення можна лише в південних регіонах, з пониженням температури зовнішнього повітря його продуктивність значно падає з-за високих теплових втрат через корпус.
Пристрій вакуумного колектора
Ще один вид водяних сонячних нагрівачів виготовляється із застосуванням сучасних технологій та передових технічних рішень, а тому відноситься до високої цінової категорії. Таких рішень в колекторі реалізовано два:
- теплова ізоляція з допомогою вакууму;
- використання енергії пароутворення і конденсації речовини, киплячого при низькій температурі.
Ідеальний варіант захистити абсорбер для колектора від теплових втрат – це укласти його у вакуум. Мідна трубка, наповнена холодоагентом і покрита абсорбуючим шаром, поміщена всередину колби з міцного скла, повітря з простору між ними відкачано. Кінці мідної трубки входять у трубу, через яку протікає теплоносій. Що відбувається: холодоагент під впливом сонячних променів закипає і перетворюється в пар, він піднімається по трубці вгору і від зіткнення з теплоносієм крізь тонку стінку знову переходить в рідину. Нижче показана робоча схема колектора:
Фокус в тому, що в процесі перетворення в пар речовина поглинає набагато більше теплової енергії, ніж при звичайному нагріванні. Питома теплота пароутворення будь рідини вище, ніж її питома теплоємність, а тому вакуумні сонячні колектори вельми ефективні. Конденсуючись в трубі з проточним теплоносієм, холодоагент передає йому всю теплоту, а сам стікає вниз за новою порцією енергії сонця.
Завдяки своєму пристрою вакуумні нагрівачі не бояться низьких температур і зберігають свою працездатність навіть на морозі, а тому можуть застосовуватися в північних регіонах. Інтенсивність нагріву води в цьому випадку нижче, ніж влітку, оскільки взимку на землю надходить менше тепла від сонця, часто заважає хмарність. Зрозуміло, що виготовити скляну колбу з откачанным повітрям в домашніх умовах просто нереально.
Примітка. Існують вакуумні трубки для колектора, заповнюються безпосередньо теплоносієм. Їх недолік – послідовне підключення, при виході з ладу однієї колби доведеться міняти весь водонагрівач.
Як виготовити сонячний колектор?
Перш ніж приступити до роботи, слід визначитися з габаритами майбутнього опалювального апарату. Зробити точний розрахунок площі теплообміну непросто, багато що залежить від інтенсивності сонячного випромінювання в даному регіоні, розташування будинку, матеріалу нагрівального контуру і так далі. Правильним буде сказати, що чим більше тепловий колектор, тим краще. Однак, його розміри напевно обмежуються місцем, де планується його встановлювати. Значить, треба виходити з площі цього місця.
Корпус найпростіше виготовити з деревини, проклавши на дно шар пінопласту або мінеральної вати. Також для цієї мети зручно використовувати стулки старих дерев’яних вікон, де збереглося хоча б одне скло. Вибір матеріалу для приймача тепла несподівано широкий, чого тільки не використовують майстри-умільці, щоб зібрати колектор. Ось перелік популярних варіантів:
- тонкостінні мідні трубки;
- різні полімерні труби з тонкими стінками, бажано чорного кольору. Добре підійде поліетиленова РЕХ труба для водопроводу;
- зовнішній теплообмінник старого холодильника;
- трубки з алюмінію. Правда, з’єднувати їх складніше, ніж мідні;
- сталеві панельні радіатори;
- чорний садовий шланг.
Примітка. Крім перелічених, існує маса екзотичних версій. Наприклад,повітряний сонячний колектор з пивних банок або пластикових пляшок. Подібні прототипи відрізняються оригінальністю, але потребують значного вкладення праці при сумнівної віддачі.
У зібраний дерев’яний корпус або стару віконну стулку з прикріпленим дном і покладеним утеплювачем треба помістити металевий лист, накриває всю площу майбутнього нагрівача. Добре, якщо знайдеться лист алюмінію, але підійде і тонка сталь. Її необхідно пофарбувати в чорний колір, а потім укласти труби у вигляді змійовика.
Без сумніву, колектор для нагріву води найкраще вийде з мідних труб, вони відмінно передають тепло і прослужать довгі роки.Змійовик щільно прикріплюється до металевого екрану скобами або будь-яким іншим доступним способом, назовні виводяться 2 штуцера для подачі води.
Оскільки це плоский, а не вакуумний колектор, то поглинач тепла потрібно закрити зверху світлопрозорої конструкцією – склом або полікарбонатом. Останній легше обробляється і надійніше в експлуатації, не розіб’ється від ударів граду.
Після складання сонячний колектор треба встановити на місце і підключити до накопичувального баку для води. Коли дозволяють умови монтажу, то можна організувати природну циркуляцію води між баком і нагрівачем, в іншому випадку в систему включається циркуляційний насос.
Висновок
Здійснювати опалення будинку сонячними колекторами, зробленими своїми руками, – приваблива перспектива для багатьох домовласників. Жителям південних районів цей варіант більш доступний, тільки доведеться заповнити систему антифризом і як слід утеплити корпус. На півночі саморобний колектор допоможе нагріти воду на господарські потреби, але для обігріву будинку його не вистачить. Позначається холод і короткий світловий день.