Как сделать воздушный солнечный коллектор своими рукам

Использование солнечной энергии давно уже не новшество. Использовать ее можно для местного нагрева воды, например, на даче. Применить такой нагрев можно и для отопления, но стоимость дополнительного оборудования выйдет довольно высокой. Соорудить солнечный коллектор своими руками — не фантастика!

Необходимость коллектора и его принцип работы

Имеет ли вообще смысл создавать солнечные коллекторы у себя в доме? Для ответа на вопрос нужно понимать, что на землю даже в слабоосвещенных регионах попадает такое количество солнечного света, что теплом от него можно обогревать практически все жилые хозяйства, проблема в том, что освещение неравномерно и нерегулярно. Также свои нюансы вносит и погода.

В любом случае, практически в любой точке Европы на протяжении 6–7, иногда и больше, месяцев солнечную энергию можно использовать для получения бесплатного тепла и электроэнергии. А для того, чтобы выяснить целесообразность применения солнечных коллекторов именно в ваших условиях, нужно сравнить затраты на нагрев горячей воды газом или электроэнергией на протяжении нескольких лет со стоимостью самого устройства.

Если затраты на сооружение устройства равны или меньше стоимости использования обычных источников энергии, то стоит задуматься о покупке или сооружении солнечного коллектора для отопления дома своими руками.

Для того чтобы правильно подобрать оборудование и изготовить устройство рассмотрим принцип его работы.

Принцип работы коллектора

Солнечный коллектор – пассивная система, которая для своей работы не требует дополнительных источников энергии: электричества, тепла, газа. Все необходимое для начала функционирования находится в солнечном излучении. Основной физический эффект, благодаря которому возможна работа коллекторов – конвекция, когда нагретый газ или жидкость поднимается вверх в связи с тем, что уменьшается ее плотность. Описываемый солнечный коллектор работает по такому принципу:

  1. Солнечное излучение попадает на правильно расположенный абсорбер и нагревает находящийся в нем теплоноситель.
  2. По мере нагрева теплоноситель постепенно поднимается по коллектору и далее по специальной трубе попадает в бак-аккумулятор.
  3. Бак-аккумулятор наполнен водой для системы горячего водоснабжения или отопления. Теплоноситель протекает по расположенному в этой жидкости теплообменнику, постепенно охлаждаясь и опускаясь вниз.
  4. Тепло от теплоносителя передается воде, которая, соответственно, поднимается в верх бака и концентрируется там.
  5. Охлажденный теплоноситель, покинув теплообменник, по системе трубопроводов попадает в нижнюю часть абсорбера.
  6. Собравшаяся в верхней части бака-аккумулятора горячая вода поступает в систему горячего водоснабжения.
  7. Пополнение бака происходит через подключенную в нижней его части трубопровод подачи холодной воды.

Как видим, для работы такой пассивной системы нет необходимости устройства насоса или любого другого электрического или энергопотребляющего оборудования. Воздушный солнечный коллектор полностью независим, для его работы лишь требуется наличие солнечного излучения.

Насколько полезен воздушный солнечный коллектор?

Применяются воздушные коллектора либо для нагрева приточного воздуха в системах вентиляции, либо для нагрева воздуха в режиме рециркуляции. Вроде бы все просто, но возникает ряд логичных вопросов. Мы уже писали о сложностях солнечного отопления при помощи водяных солнечных коллекторов, с воздушными системами, ровно та же проблема — солнце плохо светит зимой. Таким образом, применение солнечных коллекторов для отопления ограничено. Это могут быть:

  • жилые дома в южных регионах;
  • цеха, склады, производственные помещения;
  • или дачи и теплицы, отапливаемые преимущественно в межсезонье.

Гораздо больший интерес представляет задача о нагреве приточного воздуха. Дело в том, что в зимний период, перед тем, как подавать свежий воздух в помещение, его нужно нагреть до температуры, близкой к комнатной, и именно для этих целей коллектор воздуха на солнечной энергии крайне полезен. Конечно, солнце зимой светит очень мало, но и приточного воздуха требуется не так уж много.

Ранее, когда дома остекляли деревянными рамами, проблем с вентиляцией помещений не возникало. С санузле и на кухне работала естественная вытяжка, а свежей воздух поступал через щели в окнах. Сегодня ситуация иная — почти все окна заменены на пластиковые, квартира в целом становится герметичной и если нет дополнительной механической вентиляции, вытяжка не работает должным образом, а притока свежего воздуха практически нет. Между тем, для каждого человека нужно подавать до 60м³*час свежего воздуха, поэтому крайне важно летом открывать окна, а зимой иметь хоть какой-то приток.

Из этих соображений воздушный солнечный коллектор должен висеть на стене и подавать через эту самую стену воздух в комнату. При этом коллектор должен иметь свой вентилятор, работающей от небольшой солнечной батареи, находящейся там же, где и само устройство. Принцип работы довольно прост, солнце светит, воздух нагревается, вентилятор крутится, происходит приток. Если солнце не светит, вентилятор не вращается, и подачи воздуха не происходит.

Именно такие солнечные системы российского производства поставляет наша компания. Небольшая солнечная батарея и вентилятор находятся непосредственно внутри коллектора, плюс само устройство работает как крупнодисперсный фильтр воздуха, что в городских условиях довольно важно. В результате система работает сама по себе, без подключения к электросети и может быть полезна в автономных системах, где подключение к сетевому электричеству отсутствует. Системы комплектуются крепежными элементами для крыши или фасада и системой управления и поставляются в собранном виде с детальной инструкцией по установке.

Конечно, сфера применения воздушных СК не столь велика, однако, при их помощи можно довольно просто и недорого решать очень важную задачу – приток свежего воздуха в помещение в зимний период.

Самые популярные модели воздушных солнечных коллекторов

SolarFox vsf-1w

Тип крепления — к стене

Макс. площадь, м² — 25

Воздушный поток, м³ — 35

Повышение темп., °С — 15-20°

SolarFox vsf-2w

Тип крепления — к стене

Макс. площадь, м² — 50

Воздушный поток, м³ — 90

Повышение темп., °С — 25-30°

SolarFox vsf-3w

Тип крепления — к стене

Макс. площадь, м² — 80

Воздушный поток, м³ — 110

Повышение темп., °С — 30-35°

SolarFox vsf-4w

Тип крепления — к стене

Макс. площадь, м² — 100

Воздушный поток, м³ — 140

Повышение темп., °С — 35-40°

SolarFox vsf-5w

Тип крепления — к стене

Макс. площадь, м² — 150

Воздушный поток, м³ — 200

Повышение темп., °С — 40-45°

SolarFox vsf-1r

Тип крепления — на крышу

Макс. площадь, м² — 25

Воздушный поток, м³ — 35

Повышение темп., °С — 15-20°

SolarFox vsf-2r

Тип крепления — на крышу

Макс. площадь, м² — 50

Воздушный поток, м³ — 90

Повышение темп., °С — 25-30°

SolarFox vsf-3r

Тип крепления — на крышу

Макс. площадь, м² — 80

Воздушный поток, м³ — 110

Повышение темп., °С — 30-35°

SolarFox vsf-4r

Тип крепления — на крышу

Макс. площадь, м² — 100

Воздушный поток, м³ — 140

Повышение темп., °С — 35-40°

SolarFox vsf-5r

Тип крепления — на крышу

Макс. площадь, м² — 150

Воздушный поток, м³ — 200

Повышение темп., °С — 40-45°

Полный ассортимент и цены представлены в разделе каталога Солнечные коллекторы воздуха

Читайте также:  Кладка камина своими руками. Пошаговая инструкция

Перейти к другим полезным статьям..

Солнечный коллектор своими руками: как и из чего изготовить

Для начала разберемся с основанием для солнечного коллектора – наиболее простым решением будет собрать его на большом листе толстого пластика. Можно использовать и материал типа ОСБ-3, но его придется капитально защитить от атмосферной влаги. Но даже с учетом таких мер предосторожности обеспечить долгий срок эксплуатации основания не получится, поскольку дерево есть дерево. Поэтому пластик будет именно тем материалом, который, как говорится, прописал доктор – легкий, прочный и долговечный.

Основание для солнечного коллектора должно притягивать солнечный цвет, а не отражать. В этом отношении лучшим вариантом будет его черная окраска. С этим, я думаю, у вас проблем не возникнет.

Теперь о самом коллекторе. В идеале его необходимо изготовить из прозрачного материала – трубки из стекла или прозрачного пластика будут наиболее рациональным решением. В принципе, их можно заменить обыкновенной металлопластиковой трубой, окрашенной в черный цвет – этот материал для коллектора достаточно легко уложить и закрепить на основании.

Здесь следует принимать во внимание один нюанс – площадь обогрева. Трубки придется укладывать как можно плотнее друг к другу. Если вы думаете, что ее легко изогнуть под малым радиусом закругления, вы ошибаетесь. Придется использовать массу соединительных угловых фитингов. Закрепить трубу на пластиковое основание можно с помощью клипс, предназначенных для ее монтажа. На краях коллектора необходимо установить концевые фитинги – к верхнему краю через тройник привинчивается сбросник для воздуха (можно автоматический) а к нижнему – посредством отдельной трубы подключается накопительный резервуар.

Вот мы добрались и до теплозащищенного накопительного бака. Пожалуй, здесь ни у кого не возникнет вопросов, из чего его сделать. Вы правы, нам нужен электрический водонагреватель. Именно его можно будет зимой использовать по назначению, а летом, когда много солнечных дней, применять в качестве хранилища нагретой солнечными лучами воды. Так что не спешите его разбирать и удалять всю начинку.

Теперь о его подключении. Для начала подсоедините бак к системе существующего водопровода положенным для него способом. Потом к патрубку холодного водопровода через тройник и отсекающий кран подсоедините низ солнечного коллектора. Точно так же, только к верхнему концевому фитингу, необходимо подсоединить через тройник и кран патрубок горячего водопровода.

Вот, в принципе, и все. Осталось только разобраться, как вся эта система работает и как ею управлять. Это не так уж и сложно, как вам кажется. Вместо привычных двух отсекающих кранов в нашей ситуации имеется четыре – с их помощью и будем переключать систему в зимний и летний режим работы. Для лета необходимо открыть все четыре крана и отключить подачу электроэнергии. Для зимы краны, обеспечивающие циркуляцию воды через плоский солнечный коллектор, нужно закрыть и включить подачу электроэнергии на водонагревательный бак.

Как видите, все просто, но необходимо помнить, что при переходе на зимний период воду с коллектора нужно слить – иначе она замерзнет, и все ваши труды пойдут насмарку.

Как работает солнечный коллектор зимой

Именно так собирается солнечный коллектор своими руками. Конечно, его эффективность не идет ни в какое сравнение с производительностью заводского агрегата, в котором для нагрева воды используются вакуумные трубки, но все же он в состоянии сэкономить изрядную часть семейного бюджета.

Как сделать селективное покрытие

Высокоэффективный коллектор имеет высокую степень поглощения солнечной энергии. Лучи попадают на темную поверхность, после чего нагревают ее. Чем меньше излучения отталкивается от абсорбера солнечного коллектора, тем больше тепла остается в гелиосистеме.

Чтобы обеспечить достаточную аккумуляцию тепла требуется создать селективное покрытие. Вариантов производства несколько:

  • Самодельное селективное покрытие коллектора — используют любые черные краски, которые после высыхания оставляют матовую поверхность. Есть решения, когда в качестве абсорбера коллектора применяют непрозрачную темную клеенку. На трубы теплообменника, поверхность банок и бутылок наносят черную эмаль, с матовым эффектом.
  • Специальные абсорбирующие покрытия — можно пойти другим путем, приобретя для коллектора специальную селективную краску. В состав селективных ЛКМ входят полимерные пластификаторы и присадки, обеспечивающие хорошую адгезию, теплостойкость и высокую степень поглощения солнечных лучей.

Гелиосистемы, используемые исключительно для нагрева воды летом, вполне могут обойтись окрашиванием абсорбера в черный цвет при помощи обычной краски. Самодельные солнечные коллекторы для отопления дома зимой должны иметь качественное селективное покрытие. Экономить на краске нельзя.

Самодельная или заводская гелиосистема — что лучше

Изготовить в домашних условиях солнечный коллектор, способный по техническим характеристикам и показателям сравниться с заводской продукцией нереально. С другой стороны, если требуется просто обеспечить достаточным количество воды для летнего душа, солнечной энергии будет достаточно для работы простейшего самодельного водонагревателя.

Что касается жидкостных коллекторов, работающих зимой — то даже не все заводские гелиосистемы могут работать при низких температурах. Всесезонные системы, это чаще всего устройства с вакуумными тепловыми трубками, с повышенным КПД, способные работать до температуры –50°С.

Заводские гелиоколлекторы часто укомплектовываются поворотным механизмом, автоматически подстраивающим угол наклона и направленность панели по сторонам света, в зависимости от расположения Солнца.

Эффективный солнечный водонагреватель тот, что полностью соответствует поставленным перед ним задачам. Для подогрева воды на 2-3 человек летом, можно обойтись обычным гелиоколлектором, изготовленным своими руками из подручных средств. Для отопления зимой, несмотря на первоначальные затраты, лучше установить заводскую гелиосистему.

Видеокурс по изготовлению панельного солнечного водонагревателя

Как это работает

Коллектор собирает энергию с помощью светонакопителя или, другим словами, солнцеприемной панели, которая пропускает свет к аккумулирующей металлической пластине, где солнечная энергия преобразуется в тепловую. Пластина передает тепло теплоносителю, которым может быть как жидкость, так и воздух. Вода отправляется по трубам к потребителю. С помощью такого коллектора можно отопить жилище, нагреть воду для различных домашних целей или бассейна.

Воздушные коллекторы используются, в основном для отопления помещения или подогрева воздуха внутри него. Экономия при использовании таких устройств очевидна. Во-первых, не нужно использовать какое-либо топливо, а во-вторых, снижается потребление электроэнергии.

Как это работает

Для того чтобы получить максимальный эффект от использования коллектора и бесплатно подогревать воду на протяжении семи месяцев в году, он должен иметь большую поверхность и дополнительные теплообменные устройства.

Солнечный коллектор — водяной или воздушный

Каждый из нагревателей эффективен, отличается только основное предназначение и принцип работы:

  • Водяной коллектор — применяется для обеспечения потребностей в ГВС и низкотемпературных систем теплых полов. Эффективность работы в зимний период существенно снижается. Вакуумные и панельные коллекторы косвенного нагрева, подсоединенные к буферной емкости, продолжают аккумулировать тепло в течение всего года. Главный недостаток, высокая стоимость гелиоколлектора, монтажа и обвязки.
  • Воздушный вентиляционный коллектор — отличается простой конструкцией и устройством, которое при желании можно изготовить самостоятельно. Основное предназначение: обогрев помещений. Конечно, существуют схемы, позволяющие использовать полученное тепло для ГВС, но при этом эффективность воздушных коллекторов падает практически вдвое. Преимущества: низкая стоимость комплекта и установки.

Солнечные воздушные системы отопления работают только днем. Нагрев воздуха начинается даже в пасмурную погоду, при сильной облачности и во время дождя. Работа воздухонагревателей зимой не прекращается.

Тепловой коллектор своими руками

Идей и разных модификаций самодельных солнечных коллекторов немало. Это еще одна из них. Чуть измененная версия представленного выше варианта. Тут на обширном листе толстой фанеры закреплены трубки. Фанера предварительно окрашена в черный цвет. Трубы негибкие, потому использованы фитинги, схема укладки — змейка. Времени на сборку пошло немало. Все дело в правильном подключении. Для использования с естественной циркуляцией контур слишком длинный, потому обязательна установка циркуляционного насоса.

Этот плоский коллектор требует терпения: соединение труб на фитингах

Возможно, вам будет интересно, как сделать солнечную батарею своими руками.

Заключение по теме

Как видите, соорудить самостоятельно простой воздушный солнечный коллектор не очень сложно. Здесь используются доступные материалы, да и сама конструкция достаточно проста. Трудность заключается в том, чтобы правильно сделать расчеты. Кроме того, если конструкция окажется габаритной, то собрать элементы тоже будет не так уж просто

Читайте далее:

Отопление дома солнечными коллекторами — принцип работы, виды и особенности выбора

Солнечные коллекторы для отопления — виды и преимущественные характеристики

Отопление загородного дома солнечными батареями

Можно ли сделать коллектор отопления своими руками

Для чего нужен коллектор в системе отопления?

Расчет облучателя

В качестве облучателя будем применять диэлектрический стержень. Диаграмму направленности диэлектрического стержня можно рассчитать при помощи следующих приближенных соотношений:

где — длинна стержня в метрах, — коэффициент замедления. выбираемый по графикам рис. 5.2 ч.1 в зависимости от поперечного сечения стержня и длинный волны, — диаметр стрежня.

k — волновое число и считается по формуле: k = 2р/л = м-1

диэлектрическая проницаемость выбирается вкупе с таким параметром как: длинна волны, по следующим зависимостям:

Для обеспечения необходимой ширины ДН диэлектрического стержня, то есть выбрав необходимые параметры антенны, мы в программе ANT-4 меняя степень аппроксимирующего полинома, добиваемся необходимых показателей эффективности антенны, подобрав необходимый полном, мы выбрав удовлетворяющую нас длину стержня, меняя параметр k1, коэффициент замедления, получаем необходимую ширину ДН, а затем подбираем по этим графикам материал стержня.

— максимальный диаметр стержня

— диаметр стержня выбранный для данной антенны, от этого параметра зависит диэлектрическая проницаемость и ширина ДН.

— радиус стержня

— длина стержня от этого параметра, так же зависит ширина ДН и выбор диэлектрика.

— коэффициент замедления выбирается в соответствии с графиками приведенными выше.

— коэффициент затухания

— коэффициент полезного действия

Для получения максимального значения КНД зеркальной антенны главный лепесток ДН диэлектрического облучателя в пределах сектора облучения малого зеркала должен быть симметричным. Для этого в пределах угла облучения ДН в плоскостях Е и Н должна быть симметрична:

— коэффициент перехвата энергии малым зеркалом.

Фазовый центр: для цилиндрического стержня он приближённо берется в середине стрежня.

Для возбуждения волновода будем использовать электрический вибратор, который подведем к волноводу с помощью коаксиальной линии с ТЕМ волной. Внешний проводник подсоединяется к волноводу, а внутренний размещается непосредственно в волноводе. Структура поля возбуждаемого в волноводе данным вибратором, будет иметь такое же распределение, как и в линии, следовательно, будут, возбуждается волны, у которых в центре находятся пучности, это волны типа и т.д. волны с первым не четным индексом, а волны типа не будут возбуждаться, для одно волнового режима, необходима соответствующим образом подобрать размеры волновода, при котором волны высших типов будут угасать, для работы с волной необходимое условие: . Для того чтобы наша антенна работала на заданном типе волны и в нее не попадали высшие типы волн расстояние от вибратора до диэлектрического стержня должно быть больше (длинна волны в волноводе). Т.к. вибратор излучает волну в обе стороны, то для улучшения согласования вибратор будем вводить в волновод на расстоянии , при таком расположении набег фаз у отражённой волны от задней стенки будет равен р и она сложится с волной, бегущей к стержню.

Читайте также:  Кухни с камином. 17 интерьеров для вдохновения

Для получения горизонтальной поляризации в прямоугольном волноводе, есть два способа, либо вводить вибратор в волновод со стороны малой стенки, либо возбудить в прямоугольном волноводе волну , а за тем плавно повернуть волновод на 90 градусов. Воспользуемся вторым способом, т.к. этот метод прост в исполнении, и не требует покупать волновод с дополнительным вводом со стороны малой стенки. Требование к секции поворота, ее длинна, должна быть больше чем длинна волны в волноводе, т.к. там возбуждаются волны высших порядков и они должны успеть затухнуть.

Расчет волновода:

Питание диэлектрического стержня осуществляется с помощью прямоугольного волновода, в котором распространяется волна Н10. Для того, чтобы в волноводе не возбуждались волны высших типов необходимо выбрать его размеры таким образом, чтобы .

Размеры прямоугольного волновода:

EIA-62

Переход от волновода к стержню осуществим с помощью конусообразной шайбы, которая перейдет от диметра к диаметру стержня 8мм

Структура поля выбранного поля волны в данном волноводе:

Рисунки волновода и стержня см. в конце работы.

Изготовление рамки и сборка панели

В принципе, коллектор уже можно использовать, уложив его на крышу или другую ровную неподвижную поверхность. Но я решил сделать для пластиковой панели своеобразный корпус, чтобы снизить вероятность повреждения при подъеме/спускании с крыши сарая, в котором решил обустроить летний душ, так как на зиму думаю его снимать. Поэтапная сборка корпуса описана ниже:

  • Лист фанеры обрезается по размеру собранного коллектора с напуском по 10 см с каждой стороны (предварительно я покрасил в черный цвет пластиковый лист краской из баллончика).
  • Для вывода штуцеров для подключения шлангов просверлил отверстия.
  • На фанеру уложил пенополистирол толщиной 50 мм.
  • Уложил пластиковый коллектор сверху на пенополистирол.
  • Со всех сторон панели к фанере прикрутил деревянный брусок, который выполняет функцию своеобразного ограждения.
  • Сверху всю конструкцию накрыл плотной полиэтиленовой пленкой, которую зафиксировал скотчем и скобами при помощи строительного степлера.

Классификация уличных светильников на солнечных батареях

Фонари на солнечных панелях могут использоваться для освещения любых уголков сада и двора самых разных стилей. Современные производители предлагают широкий выбор изделий, которые способны удовлетворить запросы всех потенциальных покупателей. Это как обычные простые модели, так и необычные скульптурные композиции на ножках.

Из всего многообразия светильников на солнечных панелях можно их классифицировать в зависимости от функционального предназначения следующим образом:

  • болларды — строгие фонари в виде столбиков, предназначенные для осветления дорожек и лужаек;

Классификация уличных светильников на солнечных батареях

Надёжное крепление предотвратит кражу светильника

  • настенные или подвесные светильники, которые крепятся на столбы, заборы или стены любого строения;
  • встроенные светильники, применяющиеся для декора лестниц и площадок с твердым покрытием;
  • плавающие осветительные приборы для пруда, фонтана или бассейна;
  • подводные фонарики для водоемов;
  • светильники для декора цветочных клумб, сделанные из прозрачного материала, что обеспечивает их незаметность в дневное время суток;
  • декоративные фонари, выполнение в виде животных или сказочных персонажей.

Такая классификация осветительных приборов для сада помогает сориентироваться в разнообразии моделей и помогает легче сделать выбор. Но данное разделение условно, поскольку садовый фонарь на солнечных батареях одной модификации может применяться в разных целях.

При снижении температуры светодиодные светильники светят ярче, чем лампы накаливания, которые в условиях холода работают менее эффективно

Также уличные светильники можно разделить на следующие типы:

  • газонные;
  • парковые;
  • настенные.
Классификация уличных светильников на солнечных батареях

Наиболее распространенными являются настенные фонари. Они используются в качестве освещения сада, а также применяются в парках и скверах. При этом такой фонарь может быть размещен в любом месте, куда попадают лучи солнца. Такие осветительные приборы способны излучать свет в течение 10 часов.

Парковые осветительные модели изготовлены из нержавеющей стали. Срок службы таких фонарей отличается долговечностью. Кроме того, такой светильник на солнечной батарее может отлично работать даже в хмурую погоду несколько дней подряд.

При выборе светильников с фотоэлементами важно учесть область их применения

Газонные фонари имеют маленький размер. В этих изделиях в качестве светового элемента используются светодиоды. Форма изделий может быть любая, они всегда выглядят оригинально и модно. Используются газонные светильники в качестве декора для предметов:

  • дорожек;
  • газонов;
  • мансард;
  • деревьев и кустов.

Статья по теме:

Классификация уличных светильников на солнечных батареях

Солнечные батареи для дома: стоимость комплекта и целесообразность установки

Предъявляемые технические требования. Особенности выбора и установки. Обзор производителей.

Можно применять такие фонари для подсвечивания рекламных щитов или в качестве садовой гирлянды.

Выгода от солнечного элемента

Преимущества установки коллектора есть, но в каждом индивидуальном случае их будет больше или меньше. Основные общие плюсы:

  • Экономия ресурсов, выработанных искусственным путем.
  • Отказ от искусственных ресурсов полностью. Это можно осуществить, если речь идет о небольшом потреблении.
  • Экономия на покупке готового оборудования, при возможности монтажа коллектора собственноручно из доступных материалов.
  • Независимость от общих сетей отопления. Если нет возможности подключения к центральной магистрали, солнечные коллекторы — удачная замена.

Если дом большой и проживает в нем достаточное количество человек, полный отказ от искусственных ресурсов невозможен, но их сокращение и экономия на этом — вполне реально выполнимая задача.