Виды солнечных нагревателей и их устройство

Какие типы аппаратов существуют?

Тепловые солнечные коллекторы делятся:

• на высокотемпературные (вода нагревается от восьмидесяти градусов Цельсия);
• среднетемпературные (прогревается жидкость до восьмидесяти градусов Цельсия);
• низкотемпературные (прогревается вода до пятидесяти градусов Цельсия).

Солнечные водонагреватели делятся по конструкции:

• на вакуумные;
• интегрированные накопительные;
• плоские.

Накопительный аппарат еще именуют термосифонным коллектором. Такие устройства умеют не только нагревать воду, но и поддерживают ее температурные показатели на установленном уровне. Данный вариант считается самым экономичным, потому как он не использует насосы. Конструктивно такой аппарат состоит из парочки емкостей с жидкостью, что находится в теплоизоляционном корпусе со стеклянной крышкой, через которую поступает солнечный свет и осуществляется нагрев воды. Аппарат простой в изготовлении и обращении, к тому же он недорогой, правда, в зимнее время его применять не выйдет.

Плоский аппарат представляет собой корпус с теплообменником. Обычно конструкцию изготовляют для домашних целей. Корпус при этом закрывается поликарбонатом или же стеклом, теплообменник окрашивается в черный цвет, как и все его детали. Такие аппараты частенько используются для подогрева воды в бассейне, на даче или же в качестве дополнительной конструкции для отопления дома.

Наибольшая эффективность у вакуумных аппаратов, и у них конструкция напоминает термос. Трубы вставлены друг в друга, пространство между ними заполнено вакуумом, а это еще и отличный теплоизолятор. Теплоносителем является вода, она может быть направлена на отопление дома, а также и для технических нужд. Стоит отметить, что такая вода не используется для мытья, она просто идет в бойлер, который нагревает воду, что циркулирует в другом контуре.

Активно используется солнечный водонагреватель для бассейна, ведь это позволяет хорошо сэкономить на прогреве воды. Аппараты при этом не употребляют никакого топлива и выбросов в окружающую среду нет, а эффективность устройств может достигать отметки восьмидесяти процентов.

По типу носителя аппараты делятся на следующие:

1. Жидкостные. Теплоносителем выступает вода или же антифриз. Выполняется изделие из разных теплообменников.
2. Воздушные. Это бюджетный вариант изделия, однако он работает только до тех пор, пока на улице температура не ниже десяти градусов Цельсия. Такие аппараты не протекают и не промерзают. Еще такие устройства применяются для сушки урожая.

Интересный факт: на территории России выработка солнечной энергии с весны и до середины осени равняется примерно пяти киловаттам на квадратный метр. Такой объем энергии позволяет без осложнений прогревать примерно сто литров воды в водонагревателе, площадь которого составляет 4 квадратных метра.

Желаете прогревать воду круглый год? Тогда вам потребуется использовать на практике солнечные водонагреватели для дома куда большей площади, а лучше всего еще и взять вакуумный аппарат. В таком случае вы сможете получать прогретую воду круглый год, вы снимете основную нагрузку с котла и понизите потребление энергоресурсов.

Разновидности устройств

Нагреватели воды, работающие от солнечной энергии, можно разделить по таким критериям:

• Способу нагревания воды – прямой нагрев (используется одноконтурная система) и косвенный нагрев, при котором используется двухконтурная система.
• Водный нагреватель соединен с накопительным баком благодаря трубам, по которым посредством естественной циркуляции движется вода. Подпитка осуществляется холодной водой по мере того, как расходуется подогретая. В этом способе нагревания в системе циркулирует хладагент, а в накопительном баке есть конденсатор, на котором жидкость, которая циркулирует в закрытом контуре нагревателя, передает энергию воде. Жидкость, в свою же очередь, будет циркулировать в контуре потребителя.
• Способу обеспечения циркуляции – естественная (в этом случае движение воды происходит благодаря разнице температур в водном нагревателе и у потребителя), принудительного типа (выполняется за счет установки циркулярного насоса).
• По типам конструкции (плоские и вакуумные).

Плоские

К достоинствам такого солнечного водонагревателя для дачи отнесем:

• Возможность использования для различных систем.
• Надежность устройства.
• Высокие показатели эффективности.
• Неприхотливость к эксплуатации.
• Длительный срок эксплуатации.

К недостаткам отнесем:

• При повреждении невозможен частичный ремонт, только полная замена.
• Низкий коэффициент полезного действия установки.

Вакуумные

Лучи солнца попадают на трубки, расположенные снаружи, которые и играют роль абсорбера. В медных трубочках, которые меньше по диаметру, нагревается особая жидкость, которая при нагревании начинает испаряться. Пар поднимается наверх, и передает свою энергию воде, которая циркулирует, а после конденсируется и стекает вниз.

К достоинствам можно отнести:

• Возможность использования устройства на протяжении круглого года.
• Высокий коэффициент полезного действия.
• Универсальность в пользовании.

К недостаткам отнесем:

• Малый срок эксплуатации по сравнению с аналогами.
• Подверженность разрушениям из-за воздействий внешних факторов.
• Невозможно использовать в регионах, где наружный воздух имеет отрицательные температуры.

Как видите, у каждого из видов свои достоинства и недостатки.

Средняя стоимость

Из-за того, что большинство жителей планеты пытается перейти на использование в повседневности альтернативных источников энергии для того, чтобы получать тепло, электричество и горячую воду, предлагаем ассортимент товаров достаточно большой. Солнечные нагреватели воды выпускают предприятия РФ и другие производства за пределами. На стоимость солнечного водонагревателя для дома и его установку будет влиять компания-производитель и страна изготовления, тип конструкции (вакуумный или плоский), а также комплектация поставки и регион, в котором будет осуществлена покупка.

Самый дешевый вариант будет стоить 155 000 рублей, и за такую сумму у вас получится купить «Солнечный водонагреватель для бассейна» от Интекса (Китай), с такими техническими характеристиками – размер 1.2*1.2 метра, предназначается для использования с фильтр-насосом, производительность которого не больше 9400 л/час, а вес 3.7 кг.

Водонагреватель, работающий от солнца под названием «ДАЧА-ЛЮКС» (производство Россия), имеет объем в 125 литров и будет стоить 29 000 рублей. В комплектации поставки есть накопительный бак, комплект трубок вакуумного типа (15 штук), а также контроллер. Площадь поглощения составляет 2.30 м2. Установка германского происхождения для снабжения горячей водой «АuroSTEP plus» можно купить за 195 000 рублей, а в полной комплектации за 455 000 рублей. За такую сумму вы получите системы снабжения горячей водой, которая полностью исключает возможность закипания, а также нагреватель для воды с емкостью от 150 до 350 литров и от 1 до 3 солнечных коллекторов.

Установка имеет регулятор управления и дополнительный нагреватель электрического типа. Как видно из цифр, приведенных выше, разброс по стоимости достаточно большой, поэтому каждый покупатель (пусть даже и потенциальный) может выбрать такое устройство, которое будет отвечать предъявляемым требованиям и подходящим по стоимости.

Плюсы водонагревательной солнечной системы

Солнечные нагреватели обладают такими достоинствами:

1. Относительно несложная конструкция.
2. Уровень надежности довольно высокий.
3. Эксплуатировать такую систему можно в течение года.
4. Период использования составляет не один десяток лет.
5. Введение в эксплуатацию такой системы способствует сокращению затрат электрической энергии, теплоносителей.
6. Монтаж агрегата проводят без предварительного оформления разрешения. Установка занимает минимум времени и отличается простотой.
7. Вес конструкции относительно небольшой.
8. Автономный режим функционирования.

Недостатки

Перед тем как использовать солнечные водонагреватели для дома, изучаются и минусы:

1. Сконструированное на заводе оборудование отличается повышенной стоимостью.
2. Уровень КПД зависит от различных показателей: климатический район, время года, прочее.
3. Град, мокрый снег пагубно влияет на состояние установки и ее работоспособность.
4. Монтаж емкости, в которой аккумулируется тепло, занимает определенное время. На этот процесс требуются дополнительные расходы.

При всех недостатках популярность водонагревательной солнечной установки ее популярность возрастает. Ведь она считается экологически чистой.

Горячая вода с помощью нагревательного бака

Самой простой системой для солнечного водоснабжения дома является нагревательный бак. Это просто ёмкость для воды, которая греется днём солнечными лучами. Тем не менее, такой простейший солнечный нагреватель очень эффективен для снабжения тёплой водой в летнее время и получил широкое применение для так называемого «летнего душа».

Если нагревательный бак укомплектовать резервуаром для хранения теплой воды, то можно получить ещё более эффективную солнечную нагревательную установку, которая будет снабжать Вас тёплой водой летом и окупится за пару сезонов. Рассмотрим такой солнечный водонагреватель подробнее.

Самой важной частью солнечной системы, конечно, является сам нагревательный бак. Это может быть любая емкость для воды, например, стальной куб, бочка или несколько труб большого диаметра

Лучше всего использовать для этой цели специальный бак для летнего душа из полиэтилена объёмом 200-300 литров. Такой бак имеет рациональную для нагрева плоскую форму, не ржавеет, окрашен в чёрный цвет для лучшего теплопоглощения и ввиду небольшого веса легко монтируется на крышу.

Если такой бак просто положить под прямые солнечные лучи, то в жаркий солнечный день вода в нём нагревается к концу дня до 40-45 ºС, чего вполне достаточно для бытовых нужд. Но если теплую воду не израсходовать вечером, то за ночь, к утру она остынет. Таким образом, тёплую воду невозможно использовать круглосуточно. Очевидно, для устранения этого недостатка нужно «остановить» потери тепла от нагретой воды. Это можно сделать либо утеплением нагревательного бака в конце дня, либо сливом тёплой воды в утеплённую ёмкость.

Учитывая, что большинство частных домашних хозяйств используют газовые и электрические бойлеры, то выгодно использовать их для хранения тёплой воды из нагревательного бака. Так же в отличие от утепления нагревательного бака, процесс слива менее трудоёмкий, не нужно подниматься к месту установки бака. Более того, поскольку в пасмурный день вода в нагревательном баке нагревается лишь до 25-30 ºС, её в любом случае придётся догревать.

На рисунке изображена схема работы простейшей системы для подогрева воды солнцем, которую можно собрать своими руками. Водонагревательная система состоит из нагревательного бака, бойлера, а так же водопровода с тремя кранами. Сначала закрывается кран (3), кран (1) и (2) открыты. Вода из напорного водопровода (синий цвет) подаётся в нагревательный бак. После наполнения бака, напорный водопровод закрывается краном (1). В конце дня, когда вода в нагревательном баке нагреется и её нужно будет слить в бойлер, для этого открывается кран (3). Если же нагревательный бак не нужно использовать, то можно просто закрыть кран (2) и бойлер используется в обычном режиме.

Степень наполнения бака удобно контролировать датчиком уровня воды, который можно закрепить на крышке бака. Для водопровода хорошо подойдут металлопластиковые или полипропиленовые трубы для холодной воды (поскольку в системе низкое давление). О сборке трубопровода из полипропиленовых труб можно узнать из статьи Монтаж полипропиленовых труб.

Такой способ подогрева воды чрезвычайно прост, но у него есть два серьёзных недостатка:

— необходимо ежедневно наполнять и сливать нагревательный бак; — получить подогретую воду можно только при тёплой погоде, при температуре воздуха выше +20 ºС.

Конструкции солнечного водонагревателя

Теперь, когда понятна идея солнечного водонагревателя, попробуем сконструировать своими руками. Бак грузовика не нуждается в доработке. Черный, сверху горлышко для наполнения водой, снизу – чаще выходное отверстие. Остается водрузить на душевую, заполнить водой, подождать Солнце, делающего работу. Разумеется, утром вода будет прохладная, после полудня можно мыться. Достоинство устройства в простоте. Придется очистить бак от бензина и масла, чтобы не облысеть. Купить солнечный водонагреватель заводского типа не каждому по карману.

Необходимо залить бак горячей водой, моющим средством, дать отстояться, слить. Повторить процесс, полоскать чистой водой, добиваясь кристальной чистоту стока. Большая часть ерунды из бака удалится. В дальнейшем можно поставить агрегат на недельку на солнце, воду слить, не мыться. После процедуры бак можно использовать для душа.

Что касается вопроса, где взять, сегодня электронные доски объявлений полны предложениями продать бэушную емкость. Современные чаще из алюминия, старые попадаются стальные. Цена вопроса 2000 рублей. Считаем использование сложных конструкций нецелесообразным. Если завалялись стальные (не чугунные) радиаторы наподобие показанного рисунком, попробуйте собрать стоящее приспособление, только на летний период. Не будем использовать стекла или бензобаки, понадобятся черная краска, трубы. Полагаем, конструкция должна содержать емкость для горячей воды, расположенную в доме, достаточно большого объема.

Понадобится проточный насос небольшой мощности с посадочными размерами на стандартный трубопровод. Предлагаем самодельные солнечные водонагреватели делать по образу и подобию заводских. Положим на скат крыши последовательно соединенные радиаторы числом не менее трех, покрашенные черным цветом.

Трубы самодельного солнечного водонагревателя окрашиваем аналогично. Домашний бак утепляем жидкой резиной. Пенополиуретан забудьте, другой напыляемой термоизоляции в голову не приходит. В баке самодельного солнечного водонагревателя четыре отверстия:

Три в верхней части:

1. Забора воды.
2. Пополнения запаса воды.
3. Выхода на батареи.

Внизу горячая вода из батарей будет входить в бак.

Конвекционные потоки в баке примут естественный характер. Теплая вода заходит снизу, начинает подниматься вверх. Необходимо установить напротив входа горизонтальную пластину-отражатель, воспрепятствующую образованию вертикального течения над входом. Проточный насос устанавливаем на вытяжку возле соответствующего верхнего отверстия. Скат крыши для расположения радиаторов самодельного солнечного водонагревателя выбираем южный. Это может быть и горизонтальная кровля. Снизу радиаторы отделываем отражающей изоляцией наподобие Пенофол. Красить черной краской можно только солнечную сторону.

Конструкция готова. Нецелесообразно закрывать сборку стеклом, желательно оградить от ветра. Будет получен выигрыш. Пойдут населению солнечные водонагреватели для дачи. Ночью насос выключим, на зиму конструкцию с крыши демонтируем. Заводские солнечные водонагреватели для отопления дадут сто очков форы эффективностью, мы задавим ценой. Дешевый заводской коллектор стоит 15000 рублей. Хочется деньги потратить – за солидную сумму присмотрим и тепловой насос для отопления.

Водонагреватели на солнечных батареях оставим Германии, подобным странам. В Европе существует программа государственной поддержки энергосберегающих технологий, электричество можно обратно в сеть закачивать (без шуток). Солнечный водонагреватель для бассейна соберем по рассмотренной технологии. Радиаторы допускается разложить на помосте, баком будет искусственный водоем, не забудьте продезинфицировать воду. Неплохо использовать зеркала, устланные алюминиевой фольгой. Можно наклеивать пленку на тонкие фанерные щиты, собирать энергию в нужное место. Получится дешево, сердито. Появится защита против ветра, нагрев радиаторов пойдет быстрее. Место установки – севернее коллекторов.

Теперь читатели знают, как сделать солнечный водонагреватель.

Виды солнечных водонагревателей: выбор конструкции для самостоятельного изготовления

В зависимости от температуры, которую развивают гелионагреватели, различают:

• низкотемпературные устройства — рассчитанные на подогрев жидкости до 50 °C;
• среднетемпературные гелиоколлекторы — повышают температуру воды на выходе до 80 °C;
• высокотемпературные установки — нагревают теплоноситель до температуры кипения.

В домашних условиях можно построить солнечный водонагреватель первого или второго типа. Для изготовления коллектора высоких температур понадобится промышленное оборудование, новые технологии и дорогостоящие материалы.

По конструкции все жидкостные гелиоколлекторы разделяются на три вида:

• плоские водонагреватели;
• вакуумные термосифонные устройства;
• гелиоконцентраторы.

Плоский солнечный коллектор представляет собой невысокий теплоизолированный короб. Внутри установлена светопоглощающая пластина и трубчатый контур. Поглощающая панель (абсорбер) имеет повышенную теплопроводность. За счёт этого удаётся достичь максимальной передачи энергии теплоносителю, циркулирующему по контуру водонагревателя. Простота и эффективность плоских установок нашла отражение в многочисленных конструкциях, разработанных народными умельцами.

Внутри плоского гелиоколлектора — светопоглощающая пластина и трубчатый контур

Принцип действия вакуумных солнечных водонагревателей основан на эффекте термоса. В основе конструкции лежат десятки двойных стеклянных колб. Внешняя трубка изготавливается из ударопрочного, закалённого стекла, которое противостоит граду и ветру. Внутренняя трубка имеет специальное напыление для увеличения светопоглощающей способности. Из пространства между элементами колбы откачан воздух, что позволяет избежать тепловых потерь. В центре конструкции проходит медный тепловой контур, заполненный легкокипящим теплоносителем (фреоном) – он и является нагревателем вакуумного гелиоколлектора. В процессе технологическая жидкость испаряется и передаёт тепловую энергию рабочей жидкости главного контура. В этом качестве чаще используется антифриз. Такая конструкция обеспечивает работоспособность системы при температурах до -50 °C. В домашних условиях построить подобную установку сложно, поэтому самодельных конструкций вакуумного типа насчитываются единицы.

В основе конструкции вакуумного гелиоколлектора — множество двойных стеклянных колб

Гелиоконцентратор в основе имеет сферическое зеркало, способное фокусировать солнечное излучение в точку. Нагрев жидкости происходит в спиральном металлическом контуре, который размещают в фокусе установки. Достоинством гелиоконцентраторов является способность развивать высокую температуру, но необходимость в системе слежения за Солнцем снижает их популярность у самодельщиков.

Построить производительный гелиоконцентратор в домашних условиях — задача непростая

Для изготовления в домашних условиях лучше всего подходят плоские солнечные нагреватели, построенные с использованием теплоизоляционных материалов, стекла с высокой пропускающей способностью и медных абсорберов.

Изготовление солнечного водонагревателя с медным абсорбером

Предлагаемый к изготовлению гелиоколлектор в зимний солнечный день разогревает воду до температуры выше 90 °C, а в пасмурную погоду — до 40 °С. Этого хватит, чтобы обеспечить дом горячей водой. Если же вы хотите отапливать солнечной энергией жилище, то потребуется несколько таких установок.

Необходимые материалы и инструмент

Для изготовления водонагревателя понадобятся:

• листовая медь толщиной не менее 0,2 мм размерами 0,98×2 м;
• медная трубка Ø10 мм длиной 20 м;
• медная трубка Ø22 мм длиной 2,5 м;
• резьба 3/4˝ — 2 шт;
• заглушка 3/4˝ — 2 шт;
• припой мягкий SANHA или ПОС-40 — 0,5 кг;
• флюс;
• химреактивы для чернения абсорбера;
• плита OSB толщиной 10 мм;
• уголки мебельные — 32 шт;
• базальтовая вата толщиной 50 мм;
• листовой теплоотражающий утеплитель толщиной 20 мм;
• рейка 20х30 — 10м;
• дверной или оконный уплотнитель — 6 м;
• оконное стекло толщиной 4 мм или стеклопакет 0,98х2,01 м;
• саморезы;
• краска.

Кроме этого, подготовьте такие инструменты:

• электрическая дрель;
• набор свёрл по металлу;
• «коронка» или фреза для работы по дереву Ø20 мм;
• труборез;
• газовая горелка;
• респиратор;
• малярная кисть;
• набор отвёрток или шуруповёрт;
• электрический лобзик.

Для опрессовки контура также понадобится компрессор и манометр, рассчитанный на давление до 10 атмосфер.

Для пайки мягким припоем подойдёт простая газовая горелка

Инструкция по ходу работ

1. При помощи трубореза медную трубку нарезают на куски. Получатся 2 части Ø22 мм длиной 1,25 м и 10 элементов Ø10 мм длиной 2 м.
2. В толстых трубах делают отступ от края 150 мм и выполняют по 10 сверлений Ø10 мм через каждые 100 мм.
3. В полученные отверстия вставляют тонкие трубки так, чтобы они выступали внутрь не более чем на 1–2 мм. В противном случае в радиаторе будут появляться излишние гидравлические сопротивления.

4. Используя газовую горелку, термофен и припой, все части радиатора соединяют между собой.

5. По диагоналям радиатора к трубам 3/4˝ попарно припаивают заглушки и резьбы.

6. Закрыв выходную резьбу заглушкой, на вход собранного коллектора навинчивают штуцер и присоединяют компрессор.

7. Помещают радиатор в ёмкость с водой и компрессором нагнетают давление 7–8 атм. По поднимающимся в местах стыков пузырькам судят о герметичности паяных соединений.

8. После проверки герметичности радиатор сушат и обезжиривают. Затем приступают к припаиванию медного листа. Паять полотно абсорбера к трубкам следует сплошным швом по всей длине каждого элемента медного контура.

9. Поскольку абсорбер гелиоколлектора изготавливается из меди, то вместо покраски можно использовать химическое чернение. Это позволит получить на поверхности настоящее селективное покрытие, наподобие того, что получают в заводских условиях. Для этого в ёмкость для проверки герметичности наливают нагретый химический раствор и укладывают абсорбер лицевой стороной вниз. Во время реакции поддерживают температуру реактивов любым доступным способом (например, постоянной прокачкой раствора через ёмкость с кипятильником).

10. Из листа OSB вырезают детали для сборки корпуса гелиоколлектора — днище 1х2 м, боковые стороны 0,16х2 м, верхнюю 0,18х1 м и нижнюю 0,17х1 м панели, а также 2 опорные перегородки 0,13х0,98 м.
11. Рейку 20х30 мм нарезают на части: 1,94 м — 4 шт. и 0,98 м — 2 шт.

12. В боковых стенках делают отверстия Ø20 мм для входного и выходного патрубков, а в нижней части коллектора выполняют 3–4 сверления Ø8 мм для микровентиляции.

13. В перегородках делают вырезы под трубки абсорбера.
14. Из реек 20х30 мм собирают опорную раму.
15. Воспользовавшись мебельными уголками и саморезами, раму обшивают панелями OSB. При этом боковые стенки должны опираться на днище — это позволит предотвратить прогиб корпуса. Нижнюю панель опускают на 10 мм от остальных, чтобы перекрыть её стеклом. Это не даст осадкам попадать внутрь рамы.

16. Устанавливают внутренние перегородки.

17. Днище и бока корпуса утепляют минеральной ватой и укрывают рулонным теплоотражающим материалом.

18. Абсорбер укладывают на подготовленное пространство. Для этого демонтируют одну из боковых панелей, которую затем ставят на место.

19. На расстоянии 1 см от верхнего края короба внутренний периметр сооружения обшивают деревянной рейкой 20х30 мм так, чтобы стенок касалась её широкая сторона.

20. По периметру проклеивают уплотнительную резинку.

21. Укладывают стекло или стеклопакет, контур которого также обклеивают оконным уплотнителем.

22. Прижимают конструкцию алюминиевым уголком, в котором предварительно сверлят отверстия для саморезов. На этом этапе сборку коллектора считают завершённой.

Чтобы предотвратить попадание влаги и утечку тепла, на всех этапах стыки и места сопряжений деталей обрабатывают силиконовым герметиком. Для защиты конструкции от осадков древесину покрывают специальным составом и окрашивают эмалью.

Как их использовать?

Естественно нужно рассказать о том, а как же пользоваться, для чего конкретно и как установить данные водонагреватели. В первую очередь, они могут решать следующие задачи:

• У вас будет постоянное обеспечение горячей водой.
• Так же постоянное отопление.
• Можно даже подключить так, чтобы обогревалась и вода в бассейне.
• Можно использовать для подогрева в других промышленных вещах.

Что касается установки, то этот процесс не настолько сложный, как кажется. Естественно все проводится на открытом воздухе, а сам монтаж производится практически всегда на крышах домов. Не забываем, что экран, который принимает солнечные лучи, должен по-хорошему быть на южную сторону.

Можно смело отметить несколько основных правил, которые помогут держать установку в максимально правильном положении:

1. Правильно расположить установку, чтобы экран желательно был направлен на юг.
2. Угол наклона должен быть правильным, то есть такой же угол, как и скат крыши.
3. На пути к экрану не должны расти деревья, или находиться другие объекты, что бы солнечные лучи спокойно попадали на экран.