Подогрев воды от солнца своими руками. Солнечный водонагреватель своими руками – забираем тепло у солнца

Альтернативные источники тепла, хотя и являются достаточно эффективными и экономными в эксплуатации, полностью занять собой нишу не могут. Причина - высокая стоимость, которая отличается от традиционных источников отопления в разы. Так, например, солнечный коллектор стандартного типа с площадью поглощения 1,66 кв. м. обойдется в среднем в 3 000 долларов с учетом затрат на монтаж и стоимость самого оборудования, тогда как самый простой котел - в 15 000 рублей, в том числе установка и обвязка. Выход только один - изготовить солнечный коллектор своими руками, для чего могут быть использованы вполне доступные по цене материалы. Как правильно сделать и в какой последовательности - в нашей статье.

Принцип работы

В основе работы данного агрегата лежит абсорбция тепловой энергии солнца и передача ее теплоносителю практически без потерь. Прием энергии осуществляет т.н. приемник, в качестве которого выступают металлические трубки, выкрашенные в черный или темно-коричневый цвет. В качестве теплоносителя - вода, в очень редких случаях - воздух.

Темный цвет используется для усиления абсорбции, так как именно он позволяет интенсивно накапливать тепло.

Исходя из конструктивных особенностей, выделяют следующие типы солнечных коллекторов:

• воздушные;
• водяные.

В свою очередь водяные коллекторы подразделяются на:

• вакуумные;
• плоские.

Вне зависимости от конструкции, все коллекторы, по сути, это простая металлическая панель, заключенная в герметичный бокс, принимающая, аккумулирующая и передающая тепловую энергию.

Для усиления теплоотдачи приемник оснащается ребрами, а сам бокс теплоизолируется специальными материалами. Лицевая сторона представлена в виде прозрачного стекла, исключающего задержание солнечной энергии, по бокам - проем с фланцем, куда может подключаться либо другая панель, либо воздухоотвод.

Схема солнечного коллектора:

Установка солнечных коллекторов рациональна только в случае использования нескольких панель. От одной теплоотдача будет минимальной. Для нагнетания теплого воздуха из коллектора понадобится мощный вентилятор, так как сам по себе он не будет двигаться.

Принципиальная схема воздушной системы показана ниже на рисунке:

Схема работы

Изготовить такой коллектор очень просто, но «самоделки», даже в количестве нескольких экземпляров, не обеспечат дом необходимым объемом горячей воды, особенно в пасмурную погоду. Для того, чтобы в доме было не только отопление, но и ГВС, рекомендуем установить . Какой выбрать для дачи - вы узнаете в соответствующей статье.

Плоский водяной коллектор

Это самый простой вид оборудования, который несложно сделать своими руками даже без предварительной подготовки. В данном случае корпус изготавливается из металла или алюминия, куда вставляется тепловой приемник — пластина с врезанным медным змеевиком. Пластина покрыта черным цветом для усиления абсорбции, а в качестве крышки используется обычное оконное стекло. С нижней стороны сделана теплоизоляция на пластине, которая выступает прослойкой между приемником и дном корпуса.

Конструкция данного типа коллектора включает в себя следующие элементы:

1. Приемник - пластина, окрашенная в черный цвет, абсорбирующая тепло и передающая его теплоносителю.
2. Стекло предназначено для выполнения сразу 3х задач:

• защиты от ветра, осадков и мусора;
• исключение выветривания тепла из бокса;
• пропуск ультрафиолетовых лучей к приемнику.

Вся конструкция должна быть полностью герметичной, в противном случае тепло будет выходить сквозь щели и оставшегося объема будет недостаточно для нагрева теплоносителя.

Учитывая простоту конструкции и минимум материалов, в соотношении цена-качество данный вид является самым популярным и выгодным.

Использовать такие типы обогревателей целесообразно лишь в южных и юго-восточных регионах, где количество солнечных дней превышает 60% за год. При снижении температуры эффективность обогревателя снижается до минимума ввиду высоких теплопотерь через корпус.

Как изготовить самому

Перед тем, как приступить к собственно изготовлению, необходимо определить размер будущего агрегата. Здесь действует золотое правило - чем больше, тем лучше. Понятно, что размер коллектора будет ограничен площадью крыши, но лучше задействовать ее по максимуму, чтобы этот обогреватель стал действительно эффективным альтернативным оборудованием.

Для корпуса устройства лучше всего подойдет древесина с минимальным коэффициентом теплоотдачи. На слой коробки следует положить теплоизоляцию. Это может быть минвата или пенопласт слоем не менее 5-7 см. В качестве крышки используется обычное оконное стекло - толщина в данном случае не важна. Самым простым материалом для будущего коллектора станет старая оконная рама с сохранившимся стеклом. Единственное, что от вас потребуется - сделать приемник и змеевик.

Как сделать коллектор из балконной двери:

Перечень материалов для приемника очень обширен, но наиболее популярными являются:

• медная тонкостенная трубка, которая легко гнется и принимает любую нужную форму;
• полимерные трубы с тонкой стенкой и небольшим диаметром;
• полиэтиленовые трубы для водопровода минимального диаметра;
• теплообменник от б/у холодильника;
• панельный радиатор;
• обычный садовый шланг.

Любой из перечисленных материалов должен быть выкрашен в черный цвет. Повторимся, это необходимо для увеличенного и ускоренного накопления солнечной тепловой энергии и передачи ее теплоносителю.

Некоторые умельцы умудряются использовать самые неподходящие материалы для приемника, начиная от бутылок ПВХ и заканчивая банками из-под пива или кока-колы. Это не самое рациональное решение, которое обеспечит лишь 25-30% передачи тепла.

Процесс изготовления

Собираете деревянный корпус без верхней крышки. На дно укладываете теплоизоляцию - минеральную вату, пенопласт, полистирол и т.д., сверху закрываете металлическим листом, который должен по площади соответствовать габаритам деревянного корпуса. Это основа приемника, которую следует окрасить в черный цвет.

Медные трубки являются наиболее подходящим вариантом, поскольку отличаются высокой степенью теплоотдачи.

Крепите трубки к основанию металлическими скобами, прикручиваете проволокой или выбираете иной, приемлемый для себя способ. Выводите за пределы коробки 2 штуцера, к которым будет подведена вода.

Учитывая то, что данный вид именуется плоским, закрывается он герметично стеклом. Нигде не должно быть ни зазоров, ни щелей, ни неплотно прилегающей створки.

Стекло можно заменить на прозрачный сотовый поликарбонат, который более устойчив к осадкам, не разобьется при ливне или граде и не лопнет при сильном снегопаде.

После того, как вся конструкция собрана, устанавливаете ее на крышу под углом 30-450 и подключаете посредством штуцеров к емкости с водой. Если речь идет о небольшом объеме бака, можно создать естественную циркуляцию воды, но лучше установить циркуляционный насос, которые обеспечивает принудительное движение воды по замкнутой системе.

Работа солнечного коллектора с циркуляционным насосом:

Солнечные коллекторы - один из немногих видов отопительного оборудования, эксплуатация которого не обходится владельцам даже в несколько копеек. Использование солнечной энергии для отопления дома и подогрева воды - идеальное решение для тех, кто привык рационально использовать бюджет.

К сожалению, такой способ подходит далеко не всем. В северных, западных и восточных регионах такое приобретение нецелесообразно ввиду малого количества солнечных дней. Зато для жителей южных районов этот вариант идеален, главное - оптимальная теплоизоляция корпуса. В этом случае можно говорить даже об отоплении дома в холодное время года.

Солнечный коллектор своими руками - обзор, обвязка:

В этой публикации представлены результаты объемных исследований блогера Сергея Юрко. Показаны 3 солнечных коллектора, изготовленные мастером своими руками и наиболее эффективный из них – так называемый 3 пленочный коллектор, он нагревает воду до 60 градусов. Есть более простой 2 пленочный, и он способен доводить воду до 55 градусов. Самый простой и самый дешевый 1 пленочный, но он обеспечивает прогрев только до 35 или 40 градусов.

Стоимость одного квадратного метра этих примитивных коллекторов примерно в тысячу раз дешевле заводских аналогов, и поэтому возникает вопрос: а что же такого хорошего в фирменных коллекторах, что они стоят в тысячу раз дороже примитивных, которые может изготовить своими руками любой человек за несколько часов, потратив мизерные деньги.

Будем сравнивать простые коллекторы с дорогими заводскими моделями по эффективности, экономической целесообразности и другим характеристикам. И далеко не всегда это сопоставление в пользу заводских устройств. Ролик на тему: сделаем простейшие солнечные коллекторы и посмотрим, на что они способны. А также выясним, при каких случаях имеет смысл отказаться от дешёвого солнечного тепла с этих примитивных конструкций, чтобы заплатив сотни или тысячи раз дороже, получить такой же эффект от более дорогих устройств.

Личный интерес автора ролика к теме основан на предположении, что заводские солнечные коллекторы являются эволюционным тупиком солнечной тепловой энергетики, поскольку, например, солнечные батареи за последние несколько десятилетий подешевели больше чем в сто раз и график показывает процесс снижения цен.

Возникает мысль, что эволюция солнечных коллекторов пошла не по тому пути и поэтому имеет смысл вернуться к самым простым технологиям.

Черная пленка является единственной, из чего состоит 1-пленочный примитивный коллектор, то есть на пленку наливается вода и очевидно, что во время солнца это вода нагреется. Её можно купить на базаре в любом городе. Мастер приобрел три квадратных метра за 15 гривен. Стоимость коллектора выходит 15 евро цент за квадратный метр.

Но имеет смысл добавить еще одну – прозрачную пленку, которая покроет поверхность нагреваемой воды. Температура нагрева радикально увеличивается, поскольку вторая пленка останавливает испарение воды. Её продают на любом базаре для теплиц и из-за этого второго слоя стоимость коллектора увеличивается до 35 евро центов за квадратный метр.

Но есть еще и 3 пленочный вариант и дополнительная пленка тоже является прозрачной, она увеличит стоимость коллектора до 55 евро центов за квадратный метр.


Функция 3 пленки, как и у стекла заводского плоского коллектора, то есть между стеклом и черным абсорбером формируется слой воздуха толщиной несколько сантиметров, воздух является теплоизолятором.

Сколько пленок нужно для хорошего нагрева воды?

Экспериментальные измерения дали неожиданные результаты, поскольку оказалось что в нашем случае результат применения третьей пленки не является таким эффективным, как в случае заводского плоского коллектора – температура нагрева воды увеличивается, но всего лишь на несколько градусов. Причем наша тройка коллекторов может иметь разные конструкции. К примеру 2 пленочная – прозрачная полиэтиленовая пленка, продается на базарах в виде рукава. Вода заливается внутрь рукава, а роль нижней черной пленки выполняют черная поверхность крыши многоэтажки.

Аналогичное исследование, но с рукавом из не прозрачной, а черной пленки. Если вторая пленка черная, вариант предпочтительнее только при условии хорошей циркуляция воды через систему. Коллектор нагрел 100 литров воды до 66 градусов. Можно заметить несколько усложнений конструкции, в том числе лист пенополистирола толщинoй 3 сантиметра. но эксперименты показали, что теплоизоляция под коллектором увеличит температуру нагрева, но не радикально.

Эксперимент в августе с нагревом воды при температуре воздуха в тени 35 градусов показал, что пленочный коллектор на хорошей теплоизоляции нагрел воду до 63 градусов и в тот же самый момент другой коллектор нагрел воду до 57 градусов, хотя под ним теплоизоляции нет и его первая пленка лежит прямо на земле.

Дополнительные функции кустарного садового коллектора

Также интересно обратить внимание, что однопленочный коллектор во время дождя выполняет функцию сбора дождевой воды что для некоторых домов и местности может оказаться актуальным. кроме этого, 1 пленочные и 2 пленочные коллекторе ночью могут выполнять функцию градирни, то есть они отбирают тепло из воды, используемой для систем охлаждения. Можно использовать в режиме, когда днем через них циркулирует вода, которую нужно нагревать. а ночью коллектор охлаждает воду баков. днем вода из них используется для отбора тепла. в результате чего она нагревается. и поэтому следующей ночью ее нужно опять охлаждать коллекторами.

Интересно заметить, что высота воды в коллекторах может превышать несколько сантиметров. они являются одновременно и солнечным коллекторам и баком для горячей воды. То есть они работают как хорошо известная черная бочка на летнем душе.

Но очевидно, что после исчезновения солнца вода в коллекторе охлаждается. Для этого случая может оказаться интересным коллектор с тремя слоями пленки, вода в котором охлаждается медленно.

На фото. Стоимость заводских тепловых коллекторов в тысячу раз дороже представленных самодельных.

Статистика по измерениям эффективности самодельных и заводских солнечных нагревателей

1 августа проводил эксперимент по измерению производительности 2 пленочного коллектора. На протяжении солнечного дня измерял температуру воды и заносил в таблицу.

насколько эффективен нагреватель воды с пленкой

В следующий таблице интерпретация полученных результатов, в столбце количество теплоты, которую реально производил коллектор.


Описано в примечании фото, как рассчитывалось по результатам измерений температуры. В другом столбце количество солнечной радиации, которая попала на солнечный коллектор. причем важно заметить, что она зависит от угла солнца над горизонтом, точнее от синуса этого угла.

Интересно, что в данный временной промежуток производство тепла коллектором было больше, чем количество солнечной радиации. но никакого парадокса нет, если обратить внимание на разницу температур. В это время температура воздуха была больше, чем воды в коллекторе, и поэтому она нагревалась не только из-за поглощения солнечной радиации, но и вследствие нагрева от более теплого воздуха. но в другие временные промежутки вода была уже теплее воздуха. причем, чем больше разница температур, тем больше тепловые утечки из воды в окружающий воздух. тем меньше полезного тепла производят коллектор. Можно прийти к выводу, что как только температура воды достигнет примерно 60 градусов, она прекратит нагреваться, поскольку упомянутые тепловые утечки сравняются с поступлением энергии Солнца в коллектор.

В правом крайнем столбце таблицы зафиксирована измеренная мощность нагрева коллектора на единицу площади, ее можно сравнить с столбцом с мощностью нагрева одного квадратного метра заводского коллектора в тех же условиях. Описано, как вычислял мощности. Один квадратный метр заводской модели имеет преимущество над такой же площадью самодельного только при работе на высоких температурах воды. а если нужно греть воду с температурой выше 60-70 градусов, то кустарный коллектор не сможет работать вообще. в то же время 1 квадратный метр самодельного теплообменника произведет тепла заметно больше, чем один квадратный метр фабричного, когда температура воды меньше температуры окружающего воздуха.

Результаты объясняются энергетическими характеристиками 2 пленочного коллектора.

А это оценка характеристик других типа примитивных нагревателей.

Приблизительные характеристики заводских плоских коллекторов, представленных в паспорте.

В интернете можно найти такие характеристики практически для любой марки. По таблице видно, что фирменный обменник тепла имеет преимущество по этому коэффициенту, благодаря чему он способен работать на высоких температурах. но с другой стороны самопальный коллектор работает намного лучше заводского в случае, если нужно подогреть воду с температурой ниже воздуха. Например, если нужно нагревать 10 градусную воду подземной скважины во время 30-градусной жары. дело в том, что коэффициент корректнее называть не тепловыми потерями, а коэффициентом теплообмена. Поскольку если вода в коллекторе холоднее воздуха, то в коллекторе нет тепловых потерь, а наоборот, из более теплого воздуха в него поступает дополнительное тепло. Данный коэффициент интерпретируется так, что если разница температур между водой и воздухом увеличивается на 1 градус, то обмен тепла через каждый квадратный метр коллектора увеличивается на 20 ватт.

Эта характеристика (оптический КПД) показывает кпд преобразования солнечной радиации в полезное тепло в условиях, когда температура теплоносителя в коллекторе равна температуре окружающего среды. В примечании описано, почему у простейших коллекторов этот показатель немного лучше, чем у заводских. Но это указан кпд нового чистого коллектора, а примитивные очень чувствительны к грязи. Текст ниже описывает, как много грязи накапливается в них течение эксплуатации.

Грязь и пузырьки в простых самодельных коллекторах

* В воду 1-пленочного коллектора извне приходит очень много разнообразной грязи. В 2-х и 3-пленочных устройствах эта проблема выражается в пылевом налете на верхней пленке, и после высыхания воды дождя или росы эта грязь группируется в непрозрачные пятна, которые могут очень заметно уменьшить КПД коллектора. Но с другой стороны, есть несколько несложных способов удалять эту грязь после дождя.
* Из воды тоже выпадает много грязи в виде мелких хлопьев на поверхности воды или крупных хлопьев на дне. Эти выпадения усиливаются из-за нагрева воды.
* Также накапливается «белый налет» (на верху 1-й и низу 2-й пленки), который заметно снижает КПД. Он прикрепляется к пленкам очень прочно, т.е. потоком воды не удаляется (и щеткой он оттирается с большим трудом и не полностью). Возможно, это выпадение солей из нагретой воды, возможно, это последствия разложения полиэтиленовых пленок.
* Часть грязи в коллекторе может быть объяснена продуктами разложения полиэтилена вследствие УФ-радиации и высокой температуры. Обычно полиэтилен разлагается на перекись водорода, альдегиды и кетоны. В основном, это газы или жидкости, хорошо растворимые в воде. т.е. в осадок они вроде бы не должны выпадать.
* КПД коллектора также снижается из-за большого количества газовых пузырьков (диаметром до нескольких миллиметров на верху 1-й и низу 2-й пленки), которые выделяются при нагреве воды (При нагреве уменьшается растворимость газов в воде). Интересно, что при расположении коллектора на земле на его 1-й пленке пузырьков практически нет (но они есть на низу 2-й)
* Под 2-й пленкой могут образовываться большие пузыри, а также воздух в складках. Эти участки быстро запотевают, и это уменьшает КПД.
* На краях коллектора 2-я пленка может не прилегать к воде: на таких участках низ запотевает и поэтому плохо пропускает солнечную радиацию.
* В 3-пленочных коллекторах могут быть запотевания низа 3-й пленки. Это случается при неправильной установке 2-й пленки (из-за чего пар из коллектора может проникать под 3-ю пленку) или из-за её повреждений. В таких случаях нужно устанавливать 3-ю пленку так, чтобы ветер слегка вентилировал пространство между нею и 3 слоем.

Загрязнение воды коллекторов из-за разложения полиэтиленовых пленок

Это разложение будет из-за одновременного воздействия кислорода воздуха, ультрафиолетовой солнечной радиации и температуры 50-60 град. Полиэтилен разлагается на альдегиды, кетоны, перекись водорода и др.
При нагреве в коллекторе каждого 1 куб. м воды его полиэтиленовые пленки будут выделять порядка 1 г продуктов разложения (На 1 кв. м коллектора приходится около 100 г 1-й и 2-й пленок, и за время своей службы они выделят, по очень приблизительным оценкам, около 10 г «продуктов разложения» и нагреют порядка 10 куб. м воды). Но непонятно, сколько из этих 1 мг/ литр перейдет в воду, а сколько улетит в атмосферу, выпадет в осадок на дне коллектора и бака горячей воды, перейдет в тот «белый налет» (о котором я говорил в предыдущем тексте), не выйдет за пределы массы полиэтилена
Кроме того, непонятно благоприятное влияние на очистку воды вследствие ее пребывания и нагрева в коллекторе (а там из нее выпадает очень много осадка), а также вследствие пребывания в баке горячей воды. Таким образом, по приблизительным оценкам, в воду поступит 0,1-0.5 мг / литр продуктов разложения полиэтилена, которые распределятся между десятками хим. веществ с концентрациями по 0.001-0,1 мг на литр нагреваемой воды. Поскольку это недалеко от ПДК вредных веществ, консультация с СЭС лишней не будет. Например, согласно стандарту ГН 2.1.5.689-98 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования»:
– Есть ограничения по 13 шт. альдегидов – ПДК от 0,003 мг / литр до 1 мг / литр, например, ПДК формальдегида – 0.05 мг / литр, а самые жесткие требования к бензальдегиду – 0.003 мг / литр
– ПДК перекиси водорода – 0,1 мг / литр
– По 3 шт. экзотических кетонов тоже есть ограничения с ПДК 0,1-1,0 мг / литр

Выводы:

1) Если вода «застоялась» коллекторах, то концентрация «продуктов разложения» в ней будет в разы или десятки раз больше. Возможно, такую воду лучше выбрасывать.
2) Желательно использовать более тонкие пленки (они будут давать меньше «продуктов разложения»).
3) Пленки желательно как можно стабилизированные. Например, тепличная предпочтительнее обычной (не подкрашенной) полиэтиленовой, она стабилизируется против воздействия УФ-радиации. Другой пример: полиэтилен высокой плотности медленнее разлагается из-за высокой температуры, чем низкой плотности.
4) Отношение площади коллекторов к потребности объекта (в горячей воде) желательно как можно меньше. Т.е., например, при суточной потребности 10 куб. м горячей воды, станция с 50 кв.м. коллекторов дает загрязнение (концентрация вредных веществ) воды в десятки раз меньше, чем станция с 500 кв.м. коллекторов, в том числе и из-за более низкой температуры нагрева воды коллекторами, что уменьшает скорость разложения полиэтилена.
5) Если 2-я пленка коллекторов будет черная (а не прозрачная), то загрязнение воды должно быть в разы меньше (поскольку УФ-излучение проникает только в верхний слой 2-й пленки).
6) Можно подумать над таким вариантом работы солнечной станции, когда коллекторы нагревают
техническую воду, которая затем передает свое тепло через теплообменник чистой воде ГВС.

Какую лучше применять пленку для сбора солнечного тепла – черную или прозрачную?

Оптический кпд заметно уменьшается из-за воздушных пузырьков и запотевания второго слоя пленки коллектора. это к тому, что кпд реально эксплуатируемого устройства по всему сроку эксплуатации окажется на несколько десятков процентов меньше. Поэтому не имеет смысла стремиться к дорогим пленкам с большой долговечностью, поскольку за несколько месяцев эксплуатации на них накопится столько грязи, что пленки захочется заменить. Из-за таких проблем с разнообразной грязью склоняемся к тому, что 2 пленка должна быть все таки непрозрачной, а черной.

У этого коллектора черная пленка и нет радикального уменьшения кпд из-за грязи. Но у него есть проблема – солнце нагревает только тонкий верхний слой воды. Тем не менее существует несколько вариантов решения проблемы, которые будут получены после исследований.

Важно иметь ввиду что ветер увеличивает коэффициент теплопотерь примитивных коллекторов, а в случае однопленочного это влияние ветра может быть радикальным, так как увеличиваются потери тепла из коллектора вследствие испарения воды и может дойти до того, что даже в идеально солнечный день, но при сильном ветре и низкой влажности 1-пленочный сможет нагреть воду только на несколько градусов выше температуры окружающего воздуха. Кроме этого коэффициент к1 нужно увеличить на несколько десятков процентов, если под коллектором нет теплоизоляции и он лежит непосредственно на земле, на поверхности крыши и тому подобное.

Во 2 серии этого фильма сравниваются примитивные и заводские коллекторы по темам работы зимой, простоте подключения, экономической целесообразности, областям применения на практике.

Вторая часть (о работе зимой)

3, 4 серии (техобслуживание)

– Эксперимент с заливкой воды в рукав полиэтиленовой пленки:

Солнечный водонагреватель ещё называют солнечным коллектором. Служит он для нагревания проточной воды.
Самый простой солнечный нагреватель - это бочка, выкрашенная в черный цвет и наполненная водой. Черный цвет поглощает солнечную энергию лучше остальных цветов и преобразует её в тепловую. В результате чего вода в бочке будет нагреваться.

Естественно, это самый примитивный способ сбора тепловой энергии солнца. Я покажу вам как сделать переносной солнечный водонагреватель, простой конструкции из доступных деталей, которые запросто можно купить в любом строительном магазине. Этот водонагреватель будет эффективен и очень просто в изготовлении.

Что из себя представляет солнечный водонагреватель?

Солнечный коллектор представляет из себя медную трубку, закрученную по спирали, заключенную в прямоугольный корпус с одной прозрачной стенкой. Водонагреватель имеет небольшой вес и размер, поэтому легко транспортируется, для чего с боку привинчена ручка для переноски.

Какое предназначение у этого солнечного водонагревателя?

Солнечный водонагреватель лично я использую для быстрого нагрева воды в бассейне. Так как он может работать и зимой, то его можно использовать даже для отопления в дневное время.

Плюсы нагрева воды солнечной энергией

- Все бесплатно, помогает экономить энергию.
- Солнечный коллектор работает и зимой, но с меньшей эффективностью.
- Не требует особых затрат на изготовление оборудования.
- Насосы, прогоняющие воду можно так же питать от солнца, используя солнечные батареи.

Процесс изготовления солнечного коллектора

Нам понадобиться:
- Моток медной трубки длинной 15 метров и диаметром 6 мм.
- Пластиковые кабельные хомуты (нейлоновые стяжки).
- Фанера для задней стенки.
- Деревянные бруски и рейки для боковых стенок и крепления стекла.
- Плексиглас или органическое стекло.
- Черная краска аэрозоль.
- Крепеж (гвозди, шурупы, саморезы).
- Переходной фитинг для медной трубки.
Возможно ещё что-то упустил.

Итак, ном необходимо разложить трубку в один слой с небольшим отступом, чтобы прикинуть размеры будущего солнечного коллектора. А можно взять сразу определенный размер короба, а лишнюю трубку потом отрезать.

После того как размер был выбран чертим карандашом линии вдоль и поперек. Это будут линии крепления трубки. Раскладываем трубку. Сверлим отверстия по диаметру хомутов и крепим ими трубку, смотрите фото.

Так постепенно закрепляем весь моток. Затем, торчащие части хомутов отрезаем кусачками. Фанера, на которой сейчас расположен наш змеевик, это не задняя часть корпуса. Корпус мы будем делать отдельно, а эту панель мы будем туда вкладывать.

Собираем короб под панель со змеевиком.

В этот короб вкладываем нашу фанеру со змеевиком. Если вы планируете использовать коллектор в зимнее время, то рекомендую положить утеплитель между задней стенкой и фанерой со змеевиком.

Сверлим отверстия в боковых брусках для вывода трубки.

Прибиваем рейки по внутренней стороне, на которой будет лежать стекло.

Мерим стекло, чтобы все было вровень, без лишних пазов.

Прикручиваем переходники под садовый шланг.

Прикручиваю ручку для переноски и транспортировки.

Аэрозольной краской красим внутреннюю поверхность.

Закрываем стеклом.

Подсоединяем шланг с водой и даем небольшой напор.

В солнечный день выходящая вода при среднем напоре может нагревать около 75 градусов по Цельсию.

Итог работы

Солнечный водонагреватель хорошо нагревает воду без лишней сложности, поэтому я советую его повторить.
Такие панели можно компоновать в группы, тогда эффективность такой системы будет в разы больше.
В больших садовых бассейнах имеется автономная система фильтрации воды, которая работает постоянно. Включив водонагреватель в эту систему вы нечего не потеряете, а вода в бассейне всегда будет теплой. Да и вообще весь бассейн может находиться в тени, а солнечный коллектор на солнце.

Видео постройки солнечного водонагревателя своими руками

Нагрев несколькими панелями, с использованием не медной трубки, а садового резинового шланга. Эффективность конечно ниже, из-за плохой проводимости тепла садовым шлангом.

Концепция энергетически эффективного дома предполагает создание, внедрение и эксплуатацию возобновляемых источников энергии. Все большее распространение стали получать собранные солнечный коллектор своими руками, которые не так давно встречались крайне редко.

Постоянное совершенствование гелиосистем, существенное падение цен на них привило к еще большему появлению их в обыденной жизни. Стоимость заводских моделей сегодня соизмерима с затратами, необходимыми на обустройство классической системы отопления. Однако такую технологию может сделать каждый самостоятельно.

Принцип работы солнечного коллектора

Если кратко описать принцип работы коллектора – он необходим для захвата солнечной тепловой энергии. В дальнейшем она концентрируется и используется человеком.

Коллекторная система состоит из следующих составляющих:

• Тепловой аккумулятор (обычная емкость под жидкость)
• Теплообменный контур
• Непосредственно коллектор

Жидкий или газообразный теплоноситель циркулирует по коллектору. Полученная энергия нагревает его и, посредством смонтированного бака-аккумулятора, передает тепло воде.

Нагретая жидкость хранится в баке до того, покуда она не будет использована. Сфера ее применения очень широка – от обычных хозяйственных нужд до отопления дома. Чтобы вода быстро не остывала, необходимо качественно тепло изолировать емкость.

Циркуляцию воды в коллекторе делают одним из двух способов: или принудительным способом. В баке-аккумуляторе может монтироваться дополнительный элемент, нагревающий жидкость, который будет включаться при достижении низких температур окружающей среды и поддерживать температуру воды, например, зимой, когда солнцестояние непродолжительное.

Вводное видео об устройстве водонагревателя

Виды солнечных коллекторов

Планируя солнечный коллектор своими руками и установить в доме, необходимо определиться с типом конструкции:

Модели, у которых теплоносителем является воздух, используются крайне редко. Это связано со свойствами жидкости — тепло она проводит значительно лучше, чем газ. Воздушные коллекторы чаще делают плоской формы, чтобы воздух, контактируя с поглощающим устройством, естественным образом нагревался.

схема воздушного солнечного коллектора

Вакуумные солнечные коллекторы

Вакуумные модели самые сложные. Вместо коробки, которая покрывается стеклом, у него используются большие по габаритам трубки из стекла. Внутри них имеются трубочки с меньшим диаметром, в которых находится абсорбер, собирающий тепловую энергию. Между трубками – вакуум, он выполняет роль теплоизолятора.

Плоские солнечные коллекторы

Самым распространенным является плоский солнечный коллектор, внутри которого располагается специальный абсорбирующий слой, помещенный в стеклянную коробку. Он соединяется с трубками, по которым перемещается жидкий теплоноситель (чаще пропилен-гликоль).

схема плоского солнечного коллектора

Но решаясь смастерить солнечный коллектор своими руками, необходимо понимать, что сделать столь сложные устройства невозможно, аналогичные промышленным. К тому же, их КПД будет значительно ниже, меньше эксплуатационный срок, но и материальные вложения тоже.

Чертежи конструкций

Приступаем к работе

Прежде чем сооружать солнечный коллектор, необходимо произвести соответствующие расчеты и определить, как много энергии он должен производить. Но от самодельной установки ждать высокого КПД не стоит. Сориентировавшись, что его будет достаточно – можно приступать.

Работу можно поделить на несколько основных этапов:

1. Изготовить короб
2. Изготовить радиатор или теплообменник
3. Изготовить аванкамеру и накопитель
4. Собрать коллектор

Чтобы изготовить коробку под солнечный коллектор своими руками, следует заготовить обрезную доску толщиной 25-35 мм и в ширину 100-130 мм . Дно ее следует сделать текстолитовым, оснастив его ребрами. Оно также должно быть хорошо теплоизолированное при помощи пенопласта (но предпочтение отдают минеральной вате), накрытого оцинкованным листом.

Подготовив короб, настает пора мастерить теплообменник. Следует придерживаться инструкции:

1. Необходимо подготовить 15 тонкостенных металлических трубок длиной 160 см и две дюймовые трубы длиной 70 см
2. В обоих утолщенных трубках сверлятся отверстия диаметра меньших трубок, в которые они будут устанавливаться. При этом нужно следить за тем, чтоб они были по одной стороне соосны, максимальный шаг между ними 4.5 см
3. Следующий этап – все трубки нужно собрать в единую конструкцию и надежно сварить
4. Теплообменник монтируется на лист оцинковки (ранее прикрепленный к коробу) и фиксируется при помощи стальных хомутов (можно сделать металлические зажимы)
5. Днище короба рекомендуют покрасить в темный цвет (например, черный) – он будет лучше поглощать солнечное тепло, но чтобы снизить тепловые потери, внешние элементы красятся белым
6. Завершить монтаж коллектора необходимо установкой покровного стекла около стенок, при этом не забыв о надежной герметизации стыков
7. Между трубками и стеклом оставляется расстояние, равное 10-12 мм

Остается соорудить накопитель под солнечный коллектор. Его роль может исполнять герметичная емкость, объем которой варьируется около 150-400 л . Если найти одну такую бочку не удается, можно сварить между собой несколько небольших.

Как и коллектор, накопительный бак основательно изолируют от потерь тепла. Остается изготовить аванкамеру – небольшой сосуд объемом 35-40 л. Он должен оснащаться падающим воду устройством (шарнирным краном).

Остается самый ответственный и важный этап – собрать коллектор воедино. Сделать это можно таким образом:

1. Вначале необходимо установить аванкамеру и накопитель. Необходимо следить, чтоб уровень жидкости в последнем был на 0.8 м ниже, чем в аванкамере. Так как воды в таких устройствах может собираться немало, необходимо продумать, каким образом они будут надежно перекрываться
2. Коллектор размещается на крыше дома. Исходя из практики, рекомендуется делать это на южной стороне, наклонив установку под углом 35-40 градусов к горизонту
3. Но нужно учитывать, что между накопителем и теплообменником расстояние не должно превышать 0.5-0.7 м, иначе потери будут слишком существенны
4. В конце должна получиться следующая последовательность: аванкамера обязана располагаться выше накопителя, последний – выше коллектора

Наступает самый ответственный этап – необходимо соединить все составляющие воедино и подключить к готовой системе водопроводную сеть. Для этого потребуется посетить магазин сантехники и приобрести необходимые фитинги, переходники, сгоны и прочую запорную арматуру. Высоконапорные участки рекомендуют соединять трубой диаметром 0.5 дюйма, низконапорные – 1 дюйм.

Введение в эксплуатацию выполняется следующим образом:

1. Установка заполняется водой посредством нижнего дренажного отверстия
2. Подсоединяется аванкамера и регулируются уровни жидкости
3. Необходимо пройтись вдоль системы и проверить, чтобы не было утечек
4. Все готово к повседневной эксплуатации

Солнечный коллектор из змеевика холодильника

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

1. Непосредственно змеевик
2. Рейки и фольга для каркаса
3. Бочка или бак для воды
4. Резиновый коврик
5. Запорная арматура (вентили, труб и т. д.)
6. 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.

Каждый год традиционные источники энергии дорожают, и конца этой гонке цен не видно. А между тем мощнейший источник энергии, который мы видим почти каждый день, «работает» совершенно бесплатно. И если пока человечество не научилось достаточно эффективно получать энергию напрямую в виде электричества, то тепловую энергию солнца может использовать любой человек, – было бы желание!

Ведь в солнечной местности светило посылает приблизительно 1 кВт энергии каждый час. Грех не воспользоваться таким источником хотя бы для нагрева воды. При этом расходы по созданию и установке водонагревательного устройства – минимальны. Изобретатели на просторах страны уже давно используют самые различные установки для нагрева воды.

Среди них есть простейшие и более сложные, с автоматическим управлением. Всё зависит от технической подготовленности, финансовых возможностей и, конечно же, желания.

Как же умельцы получают сегодня горячую воду от солнца?

Создать солнечный нагреватель своими руками совсем несложно.

Это самый простой вариант.
Обычную ёмкость в виде бочки, старого бака, устанавливают на крыше летнего душа или дома, сарая и подключают через шланг к обычному крану.

Если ёмкость окрасит в чёрный цвет, нагрев будет происходить быстрее.

К концу дня вода прогревается примерно до 45С. Эти данные справедливы для полиэтиленового бака в 200-300 литров. Желательно, чтобы он был плоским – это повышает эффективность нагрева.

Весь минус в том, что всю воду необходимо использовать вечером, т.к. утром она станет холодной.

Чтобы «ликвидировать» этот недостаток, придётся утеплять саму ёмкость или сливать нагретую воду в опять-таки утепленный резервуар. Можно воду просто подать в бойлер и, когда она остынет, подогреть. Хоть сколько-то электричества, но экономится.

Ещё один вариант – держать бойлер постоянно подключённым к установленному на крыше резервуару. Тогда вода будет постоянно циркулировать; её можно будет использовать в режиме «онлайн».

Существенный недостаток системы в том, что она не работает при температуре ниже +20С. Поэтому существуют и другие способы нагрева воды в межсезонье.

Солнечный водонагреватель – коллектор

Такое устройство считается наиболее эффективным. Здесь всё дело – в материале, из которого изготавливается коллектор. Чаще всего это:

• сталь
• латунь.

Но сборка с применением металла трудоёмка (пайка, сварка, уплотнения и т.п.), поэтому используют другие материалы. Есть вариант применения полипропиленовых труб, – они стоят дешевле. Однако их соединение также может вызвать трудности, связанные с уплотнением стыков.

Другой минус – значительная деформация при нагреве, у металлопластиковых труб это не так заметно, но полипропилен имеет высокий коэффициент теплового расширения. Этот недостаток может вызвать протечки в системе.

Есть оригинальное и простое решение, заключающееся в использовании садового шланга, как солнечного коллектора. Весь процесс сборки ограничивается скручиванием его в спираль и помещением в подходящий ящик.

Отличная гибкость, отсутствие соединений гарантируют отсутствие протечек, а длина шланга позволяет подсоединять его непосредственно к сантехническим приборам без промежуточных соединений.

Производительность такой системы зависит от длины шланга. При его диаметре в 2,5 см и температуре воздуха не менее +25С, один метр шланга нагревает 3,5 литра воды до +45С.

Выходит, что в солнечный день к вечеру 10 метров «выдадут» вам 280 литров горячей воды. Система работает при понижении температуры до +8С.

Как происходит процесс нагрева воды

Солнечные лучи попадают на спираль через стекло и нагревают спираль. Нагретая вода становится источником длинноволнового излучения, которое отражается от стекла. Т.е., солнечные лучи оказываются в своеобразной тепловой «ловушке».

1. Для создания этого обогревательного устройства понадобится ящик, куда будет помещаться спираль из шланга чёрного цвета, использование других оттенков приведет к потере 5% тепла. Он может быть резиновым или из ПВХ. Диаметр – не менее 1,9 см, толщина стенок не более 2,5 мм.
2. Шланг присоединятся к бойлеру, который должен быть выше спирали. Дно ящика необходимо утеплить пенопластом, окрашенным в чёрный цвет.
3. Сам ящик сверху закрывается оконным стеклом (органическое не подойдёт из-за того, что плохо удерживает солнечное излучение).
4. Между стеклом и ящиком необходимо установить резиновую прокладку.

Водонагреватель из бутылок ПЭТ

Мысль в том, чтобы сначала создать модули (по 3 бутылки, можно и 4, 5), затем каждый из них подсоединить к пластиковой трубе, которая подключается с одной стороны к источнику холодной воды, с другой – выдаёт горячую жидкость. Лучше всего использовать бутылки ёмкостью в 2-2,5 литра. Соединять их надо по принципу «горлышко в дно».

• Для этого в дне вырезается отверстие под горлышко диаметром 26 мм. Отверстие должно быть расположено строго по центру. Поэтому сначала наметьте центр, просверлив дырку сверлом 3-6 мм.
• Чтобы обеспечить герметизацию, резьбу на горлышке смажьте герметиком и оставьте конструкцию в неподвижном состоянии на 2-3 дня. На дне верхней бутылки сделайте отверстие!
• Модуль из трёх бутылок таким же способом (можете придумать и какой-то другой) присоединяются к пластиковой трубе, в один конец которой входит холодная вода.

Число модулей может быть и большим. Для получения 200 л горячей воды надо где-то 110 бутылок – это три квадратных метров площади.

• Получившийся блок разместите в ящике, закрытом оконным стеклом. Угол наклона – от 10-ти до 30-ти градусов.

Получившаяся система гораздо эффективнее чёрной бочки с водой, установленной на крыше.

Большинство самодельных конструкций по нагреву воды солнцем летом дают экономию 70-80% энергии, растрачиваемой на нагревание. Осенью, весной – до 40%. При этом за год у светила «забирается» до 400 кВт/ч на человека! Есть о чём подумать.