Одним із варіантів економії електроенергії в сонячні дні може стати найпростіший сонячний колектор. Цю конструкцію нескладно зібрати своїми руками, а нагрітий теплоносій застосовувати для опалення та різноманітних побутових потреб. Конструктивно такий водонагрівач складається з абсорбера (ключовий елемент), накопичувальної ємності та водопровідної системи. Для підвищення ефективності бажано включити в систему циркуляційний насос.
Сонячні колектори – різновиди та нюанси
За можливостями підвищення температури води колектори геліо прийнято розділяти на три групи.
t < +30° - найбільш бюджетні та легкі у виготовленні. Застосовуються для сушіння с/г продукції, поливу теплиць, літнього душу на дачах, недопущення накопичення снігу на сонячних панелях.
t +30 ° - +60 ° - конструктивно більш складні та ефективні. Використовуються для постачання теплої води переважно кухонь та ванних кімнат заміських котеджів.
t > +60 ° - високотемпературна група. Як правило, вакуумного типу із промисловими абсорберами. Призначені для обігріву будинку.
На сучасному ринку представлений широкий спектр сонячних колекторів водяного та повітряного типу вітчизняних та зарубіжних виробників, проте їхня вартість відносно висока. При складанні своїми руками витрати зменшаться кратно, а загальний ККД установки знижується лише на 15-25%.
Важливо! Найкращим за ефективністю є конструкція з підручних допоміжних матеріалів та заводської моделі абсорбера.
Водяний сонячний колектор – стандартна схема та продуктивність за умови збирання своїми руками
Найбільш поширений варіант сонячного колектора включає:
трубку або шланг, через який на нагрівальний елемент подаватиметься вода або інший теплоносій;
тришаровий абсорбер-водонагрівач - утеплювач знизу, сталевий лист посередині, скло або акрил зверху в дерев'яній або пластиковій рамі на підставці;
трубку чи шланг для відведення нагрітої води;
повітровідвідник;
накопичувальний бак;
циркуляційний насос – опціонно, як додаткове обладнання
З метою підвищення ККД поверхню адсорбуючого листа забарвлюють у чорний колір термостійкою фарбою. Це мінімізує відображення та дозволяє поглинати до 99% теплових фотонів у професійних моделях та до 80% – у саморобних.
Зібрати подібний сонячний водяний колектор самостійно не так вже й складно. Потрібен лише набір необхідних матеріалів, допоміжної периферії та мінімальні навички роботи з інструментами.
Сонячний колектор для опалення та водопостачання своїми руками – розраховуємо параметри
Перед виготовленням водонагрівача необхідно розрахувати його майбутню ефективність. Інакше кажучи – визначити, який обсяг рідини може нагріти панель певної площі до заданих показників температури. Для зручності розглянемо можливості сонячного колектора для нагрівання води або опалення, зібраного своїми руками, площею 1 м2. У скільки разів отриманий результат виявиться меншим за плановані потреби і на стільки потрібно збільшити площу абсорбера з аналогічними фізико-технічними характеристиками.
Купити за низькою ціною інвертори для сонячних електростанцій ми рекомендуємо у нашому інтернет-магазині: energoseti.com.ua
1. Поглинання енергії та втрати тепла
На кожен квадратний метр поверхні падає така кількість теплового випромінювання:
Погодні умови
Чисте небо (літо)
Легка хмарність
Хмарно.
Хмарно (зима)
1000 Вт/м2
600 Вт/м2
300 Вт/м2
100 Вт/м2
Приймемо середнє значення за 800 Вт і зробимо розрахунок для сонячного колектора в 1кв.м., зібраного своїми руками.
Вихідні дані для обчислення відсотка втрат:
корпус – дерев'яний короб;
лицьова сторона – зачорнене скло;
абсорбер – сталевий лист;
трубний контур, що нагрівається в корпусі;
утеплювач – пінопласт, 10 см (коефіцієнт теплопровідності ≈ 0,05 Вт/м*град);
різниця початкової та кінцевої температур – 30°С;
теплоносій, що нагрівається – вода (теплоємність ≈ 1,15 Вт/кг*град)
Підставимо товщину та теплопровідність пінопласту в такому водяному нагрівачі самостійного складання у формулу та отримаємо результат:
0,05/0,1*30 = 15 Вт.
Це перша частина втрат, отримана тепловиділенням тильного боку корпусу. Друга частина буде втрачена за рахунок виділення тепла в навколишній простір трубного контуру та дерев'яних торців. Її величина за такої температурної різниці приблизно дорівнює першій. Загальне зниження продуктивності становитиме 15 + 15 = 30 Вт, а підсумкове поглинання 800 – 30 = 770 Вт за ясної погоди та 570 Вт, якщо небо частково затягнеться хмарами.
Отже, сонячний водяний колектор площею 1 квадратний метр, зібраний своїми руками, зможе нагріти:
за 1 годину у ясну погоду 770 Вт/1,15 Вт/кг*град ≈ 670 л води на 1°, або 22,3 л на 30°;
за 1 годину за легкої хмарності 570 Вт / 1,15 Вт/кг*град ≈ 495л води на 1°, або 16,5 л на 30°.
Слід брати до уваги, що в ранкові та вечірні години, а також навесні, восени та взимку інтенсивність сонячного випромінювання зменшується.
Важливо! При нагріванні води до 60 градусів і вище за втрату тепла починають зростати експоненційно, і часу на розігрів знадобиться набагато більше.
2. Прораховуємо можливості споживання
Припустимо, у заміському котеджі проживає чотири особи, і членам сім'ї необхідно 50 л нагрітої води на добу кожному. Ми визначили, що в середньому зібраний вручну сонячний колектор площею 1 кв. здатний нагріти на 30 градусів близько 20 л води за годину за оптимальних умов. Середньодобовий виробіток, з розрахунку роботи установки з ранку до вечора, дорівнюватиме приблизно 85 літрам – при непрямому сонці ККД швидко падає. Щоб отримати необхідні 4х50 = 200 літрів води, площу колектора знадобиться збільшити до 200/85 = 2,35 м2.
Так, сім'я може забезпечити себе водою температурою близько 50 градусів. Якщо геліоколлектор ручного складання передбачається використовувати для опалення, площу потрібно збільшувати багаторазово. Пов'язано це з тим, що взимку рівень сонячної інсоляції падає не менше ніж у 5 разів, а сам день стає вдвічі коротшим.
Сонячний колектор для нагрівання води та опалення – як виготовити та зібрати
Про те, як зробити сонячний колектор своїми руками, випущено тисячі відео та безліч спеціалізованих статей. Про найпростіші і найпоширеніші варіанти коротко розповімо і ми.
Важливо! Заміна абсорбера заводського складання будь-якими іншими саморобними поглинаючими матеріалами призведе до зниження максимального ККД приблизно на 20-25%. Причина полягає у значних втратах тепла без використання шару вакууму між магістраллю теплоносія та довкіллям.
1. Тепловий сонячний колектор своїми руками із каучукового шланга
Найпростіший у збірці та недорогий варіант водонагрівача – конструкція, в якій замість труб використовується звичайний шланг із якісної гуми. При його 100-метровій довжині подібний геліоколектор збирається своїми руками буквально за кілька годин, а об'єм гарячої води становить 20 л. Якщо такої кількості недостатньо, можна збільшити довжину та/або оснастити систему циркулярним насосом
Шланг повинен бути досить тонким і мати внутрішній переріз 2-2,5 см. Виріб з товстими стінками не годиться, тому армовані варіанти доведеться виключити. Матеріалом може бути гума, поліпропілен, ПВХ. Останні варіанти, з-за кращих якостей міцності полімерів, краще.
Укладання проводиться в будь-який саморобний короб методом скручування шланга в спіраль та фіксації кілець щодо один одного. Також рекомендується прикріпити кільцеву заготовку до нижньої сторони такого боксу, щоб уникнути періодичного зміщення. Корпус бажано забарвити у чорний колір, що значно підвищить ККД конструкції.
2. Плоский сонячний колектор своїми руками з віконної рами для нагрівання води
Дуже зручною як основа є і стара подвійна віконна рама. Складання своїми руками такої моделі сонячного колектора проводиться наступним шляхом:
до нижньої частини кріпиться шар теплоізоляції;
на нього укладається сталевий лист, забарвлений чорною фарбою;
поверх нього спіраллю або змійкою кріпиться мідна або полімерна трубка перетином близько половини дюйма (1,25 см);
майже готова конструкція затискається зверху другою половиною рами – для скріплення стулок можна використовувати болти, струбцини або гвинти;
накопичувальний бак закріплюється на 40-50 см вище абсорбера - це дозволить холодній воді текти самопливом, а гарячою підніматися під впливом тиску;
якщо використовуватиметься збірна ємність, її рекомендується якісно утеплити, щоб уникнути непотрібних втрат тепла.
Грошові витрати та трудомісткість складання своїми руками подібного сонячного колектора слід визнати незначними, а ККД може сягати 75%.
