Старый электрический бойлер как солнечный коллектор

Какие материалы вам понадобятся

Для сборки собственного солнечного коллектора вы сможете найти все необходимые инструменты и материалы в обычном хозяйственно-сантехническом магазине.

Для конструирования прибора вам необходимо будет запастись:

трубками из меди размером 18 мм (будут служить материалом для создания змеевика);

• сантехническими и угловыми переходами размером 18 мм;
• металлическим листом (примерно 0,8 мм в толщину);
• теплоизоляцией;
• паяльником;
• сотовым поликарбонатом;
• фанерой с брусками из дерева или листами и уголками из алюминия;
• аэрозольной черной краской (должна быть термостойкой);
• абсорбером и минватой.

Принцип работы и устройство солнечного нагревателя

Солнце светит круглый год, к тому же за эту энергию никто денег не берет. Как обернуть ее себе во благо? Изготовить бойлер на солнечных батареях. Эффективность его работы зависит от региона: чем больше лучей проникает на землю, тем лучше греет прибор. Если брать заводские устройства, то их мощность подходит даже для отопления.

Как устроены промышленные солнечные нагреватели? Они состоят из:

• Коллектора — емкость, через которую течет прогреваемая вода.
• Трубок из кварцевого стекла со шлангами внутри (в них находится рабочее тело — вещество, превращающееся в пар). Именно кварц пропускает УФ-лучи для оптимального нагрева воды даже в облачную погоду. В трубках вакуум, поэтому они прекрасно сохраняют тепло.
• Насоса или других приспособлений для создания напора. Некоторые безнапорные модели работают по принципу конвекции.
• Трубопровода.
• Накопительного бака.

Как работают заводские вакуумные установки:

• Внутри трубок находится рабочее тело. Под воздействием солнечных лучей оно превращается в пар и поднимается вверх, нагревая, таким образом, бак с водой.
• Если водонагреватель накопительный, то с помощью змеевика подключается к бойлеру в доме или квартире.

Конструкция плоского нагревателя:

• Состоит из прямоугольного корпуса, задняя стенка которого покрывается теплоизоляционным материалом.
• К корпусу крепится медный змеевик. Он подключается к баку.
• Вода циркулирует под действием конвекции либо насоса.
• Пластина окрашивается в черный цвет и сверху защищается стеклом.

Такой вариант дешевле вакуумного, однако эффективность его тоже ниже, особенно в облачную погоду.

Разновидности солнечных нагревателей

Кроме указанных выше, есть устройства попроще. Делятся на два типа в зависимости от подачи воды:

Активные. Вода циркулирует по системе с помощью насоса, клапана, коллектора. Бывают открытого и закрытого типа. Последние содержат внутри антифриз, который не позволяет замерзать воде даже в минус.

Пассивные. Имеют небольшую производительность и действуют безнапорным способом.

Также солнечные водонагреватели (СВ) бывают проточными и накопительными. Самодельный бойлер можно использовать для летнего душа, для бассейна, для бани и других нужд.

Классификация устройств

Солнечные коллекторы подразделяются на двухконтурные и одноконтурные. Первый тип более распространён. В устройстве с двумя контурами по одному из них циркулирует вода, по второму — теплоноситель. Такой коллектор используется круглогодично.

Что касается одноконтурного оборудования, оно пригодно к применению только в безморозный период, так как внутри теплоносителя находится вода, способная замёрзнуть и разрушить трубки.

Это полезно: принцип работы и строение солнечных батарей.

По принципу работы коллекторы также делятся на несколько групп:

• воздушные;
• плоские;
• вакуумные;
• концентраторы.

Существуют несколько видов моделей, например, воздушные

Воздушные модели

Особенность этих коллекторов — невысокая эффективность. Воздух плохо проводит тепло, хотя он и способен нагреваться. Главное преимущество — возможность круглогодичного использования. Поскольку воздух не замерзает, нет риска, что трубки будут повреждены. Конструктивно этот тип коллектора отличается надёжностью и простотой. Такое оборудование подходит для отопления разных типов помещений, включая:

• жилые дома;
• подвалы;
• овощехранилища;
• цеха;
• гаражи;
• склады.

Основной элемент коллектора — ребристая панель, выполняющая функции теплоприёмника. Обычно она изготовлена из стали, алюминия или меди. Внутри панель разделена на ячейки. Воздух циркулирует между рёбрами и подогревается, отдавая тепло в помещение. Охлаждённый теплоноситель перемещается обратно в основную часть коллектора.

Воздушный солнечный коллектор из пивных банок : последствия работы после зимы:

Плоский источник тепла

Основное достоинство плоского солнечного коллектора — простота конструкции. Оборудование довольно надёжно, но имеет сравнительно низкий коэффициент полезного действия. Устройство собрано по принципу сэндвича и включает в себя следующие элементы:

• защитное стекло;
• медные трубки, заполненные теплоносителем;
• теплоизоляционный слой;
• алюминиевую раму;
• крепёж;
• абсорбент.

В качестве поглощающей поверхности (абсорбента) выступает пластина. Её окрашивают в чёрный цвет, чтобы поглощение солнечных лучей было максимальным. Стекло применяется для создания парникового эффекта. Благодаря ему тепло не уходит, а нагревает абсорбент. Такую конструкцию несложно собрать самостоятельно, а служить она может более 10 лет.

Существует модель на вакууме, которая имеет свои особенности

Оборудование на вакуумных элементах

Коллекторы вакуумного типа имеют в своей основе запаянные трубки, наполненные теплоносителем, и теплосборник. Трубки выполнены из стекла, покрытого специальным напылением, позволяющим лучше аккумулировать тепло. Благодаря вакууму предотвращаются потери тепла. В процессе циркуляции жидкость из вакуумных трубок поступает сначала в теплосборник, а затем в накопительный бак с водой. Охлаждённый теплоноситель возвращается обратно в систему.

У вакуумного (вакуумированного) устройства более высокий коэффициент полезного действия, чем у плоского и воздушного. С помощью этого коллектора удобно нагревать воду. Конструкция хороша тем, что трубки можно добавлять и убирать, когда увеличивается или уменьшается потребность в горячей воде.

Мой воздушный коллектор-сборка перед экспуатацией:

Существует много вариантов вакуумных устройств, в том числе такие, где стеклянные трубки находятся одна в другой, а в наружной находится вода. Недостаток моделей этого типа — сложность изготовления. Создать вакуум в домашних условиях нереально. На предприятиях есть такая возможность, тем не менее процесс изготовления вакуумированных коллекторов обходится недёшево.

Установка

Поскольку оборудование работает от солнечной энергии, то, соответственно, установка обогревателя будет проводиться на открытом воздухе. Монтаж рекомендуют проводить на крышах зданий, на балконах или других архитектурных выступах.

Экран водонагревателя должен быть направлен на юг. Установку проводят под определенным углом к горизонту, который эквивалентен географической широте местности.

Водонагреватель постоянно поглощает энергию и по понятным причинам источник энергии выключить нельзя, поэтому, в случае малого потребления воды, температура застоя может достигать до 300°С.

По этой причине не допускается использование пластиковых и стальных труб с цинковым покрытием. Оптимальными в эксплуатации станут трубопроводы, изготовленные из меди или нержавеющей стали.

Горячий контур солнечного водонагревателя должен иметь теплоизоляцию, это позволит избежать ожогов и возгораний. Следует учесть температурный режим работы оборудования при выборе теплоизоляции и крепежей.

Производители солнечных водонагревателей на корпусе своей продукции указывают точную температуру застоя.
Панели коллектора должны находиться на открытом пространстве, чтобы был открытый доступ к солнечному свету. Необходимо исключить наличие возможных преград.

Чаще всего углом наклона коллектора будет наклон ската крыши. Для того, чтобы эффективность работы водонагревателя приблизить к максимальной, лучше придерживаться рекомендаций и использовать специальный стеллаж, на который будет крепиться коллектор.

Т.е. залогом правильной и эффективной работы оборудования являются всего несколько правил:

• направление на юг;
• правильный угол наклона;
• беспрепятственный доступ к солнечному свету;

Некорректная установка снизит качество работы водонагревателя, а вложенные средства не будут оправданы. Тип нагревателя также может играть роль в способе его установки. При монтаже учитывают тип используемого оборудования.

Пассивная

Подразумевает само собой протекающую абсорбцию и аккумулирование энергии. Солнечная энергия попадает на объект нагрева без контроля этого процесса, т.е. отсутствуют какие-либо механизмы и контролирующие элементы. Это простая система, которая не требует особых затрат. Однако недостатки в том, что водонагреватель работает неравномерно и не на полную мощность.

Самый наглядный пример – это затемненный бак, который размещен над летним душем. В таком пассивном режиме работают одноконтурные системы, в которых применяется процесс естественной циркуляции. Для полноценной работы системы приемный бак размещают выше коллектора, но такой способ установки не всегда удобен. Решить вопрос можно с помощью другого способа работы системы.

Активная

Лишена недостатков пассивной системы. Ее функционирование основано на том, что солнечные лучи благодаря специальным устройствам переходят в тепловую энергию, которая систематически передается нагревательному баку и потребителю. Функционирование такого нагревателя достигается благодаря принудительной циркуляции, которая может поддерживаться в одно- и двухконтурных системах. Также применяют и дополнительно устанавливают двигатели, которые поворачивают панели и насосы, измерительную аппаратуру, а также устройства контроля и управления работой системы.

Типы солнечных коллекторов

Солнечные нагреватели воды для отопления дома делятся на две группы: по методу нагрева и способу хранения источника тепла. В первом случае применяется встроенная емкость теплоаккумулятор. Во втором – осуществляется подключение к выносному накопительскому баку, устанавливаемому рядом с коллектором или внутри здания

При выборе отопительного солнечного бойлера нужно обратить внимание на вид емкость аккумуляторов солнечной тепловой энергии, так как отличия конструкции и оборудования сказываются на особенностях использования и технических свойствах

Коллекторы со встроенной емкостью

Моноблочные солнечные коллекторы созданы для работы весной и осенью. Зимой устройство выключают и сливают теплоноситель. Коллекторы со встроенной емкостью легче монтировать и обслужить. Для применения необходимо подсоединить солнечный водонагреватель к системе подаче горячей воды или точке водозабора. Вода нагревается следующим образом:

• абсорбер ловит солнечные лучи;
• полученная энергия попадает в змеевик, находящийся в встроенной емкости теплоаккумуляторе;
• выполняется передача тепла от нагретого теплоносителя воде, которую потом используют для бытовых нужд.

Схема работы солнечного коллектора

В некоторых теплоносителях используется встроенный ТЭН, нужный тогда, если солнечный коллектор не смог снабдить нужным объемом горячей воды. Недогрев наблюдается в случае плохой и холодной погоды. Солнечный коллектор в нормальных условиях нагревает воду до 200 литров в день. Устройства со встроенной емкостью функционирует без давления с использованием естественной водоциркуляции.

Рекомендуем: Как установить солнечное отопление теплицы своими руками?

Термосифонные обогреватели солнечные монтируются в высшей точке ГВС для получения нужного напора воды при открытом кране водоснабжения. Емкости способны выдержать давление не больше 0,2 атм. После подогрева воды она самостоятельно стекает к месту водоразбора. Солнечный водонагреватель со встроенной емкостью имеет несколько преимуществ:

• вода нагревается в солнечную погоду за 3 часа;
• получение необходимости в ГВС от трех человек и больше, все зависит от площади абсорбирующей поверхности;
• легкая установка;
• низкая стоимость.

Метод термосифона активно применяется в ГВС с солнечными установками. Водонагреватель функционирует на естественной конвекции, когда подогретая жидкость передвигается вверх, а остывшая – вниз. Главным условием для термосифонной схемы ГВС является расположение чаши для воды выше коллектора.

Солнечные водонагреватели с выносной емкостью

Солнечный водонагреватель, который подключается к отдельной емкости теплонакопителя, относится к группе водонагревателей для использования круглый год. Подогрев воды осуществляется в любое время года при условии, что всегда будет светить солнца и температура воздуха не будет ниже -50 градусов. Для подогрева воды применяется наружный бойлер косвенного нагрева, который находится в удаленной местности от теплоносителя. В качестве последнего применяется антифриз. Подогрев ГВС коллектором с выносной емкостью выполняется следующим образом:

• абсорбер накапливает тепло и передает водному теплоносителю;
• под давление антифриз попадает в теплообменник емкости накопителя;
• при движении через змеевик емкости теплоноситель греет воду.

Система отопления солнечной энергией

Для получения хорошей работы солнечный водонагреватель с выносной емкостью подсоединяется к насосной группе. Циркуляция теплоносителя выполняется вынужденно. Процесс и скорость подогрева и давление регулируются автоматической системой. Основным преимуществом таких установок является круглогодичное использование.

Единственным минусом является подсоединение дорогого оборудования, нужного для хорошей работы солнечной установки. Оборудование, функционирующее под давлением, имеет еще один недостаток: при отключении электричества насосы прекращают работать, что способствует перегреву теплоносителя и отрицательно отражается на работе гелиоколлектора.

Рекомендуем: Плюсы и минусы солнечных панелей для отопления дома

1 Сфера использования

Солнечный гелиоколлектор используется для нагрева воды в бассейнах, отопления помещений или горячего водоснабжения. Суть работы заключается в использовании энергии солнца для нагрева теплоносителя. Хотя солнце имеет разную интенсивность зимой и летом, обогрев воды таким способом возможен круглый год. Это и является предпосылками для использования такого способа.

К примеру, на один квадратный метр зимой нужно от 1 до 3 кВт/час вырабатываемого электричества, а летом этот показатель возрастает до 6−8 кВт/час. В северных регионах все показатели можно увеличивать на 30% и более. Даже в северных регионах гелионагреватели активно применяются и помогают решить проблему с подачей горячей воды, отопления и тому подобного. В южных регионах и средней полосе такие устройства полностью обеспечат дом горячей водой и теплом, конечно, имеется в виду большие агрегаты на несколько квадратных метров. Они могут полностью заменить бойлер.

К достоинствам системы можно отнести:

• большая надёжность;
• простая и понятная конструкция;
• довольно большой срок службы;
• простота монтажа;
• маленький вес;
• автономность работы;
• эффективность в эксплуатации;
• не нужно получать разрешения на установку от контролирующих органов;
• экономия на газе и электричестве.

Недостатками такой системы являются:

• высокая цена при покупке заводского оборудования;
• коэффициент полезного действия напрямую зависит от месторасположения и времени года;
• зависимость эффективности от солнечного света и облачности;
• несмотря на довольно высокую мощность панели подвержены градобитию;
• необходимость в установке теплоаккумулирующей ёмкости.

Цены и от чего они зависят?

Что касается конкретных цифр, то водонагреватели, выпускаемые в России, обойдутся примерно в 700─800 долларов США. Речь идёт о модели вакуумного типа. Примерно такие же цены на аналогичную китайскую продукцию. Водонагреватели немецких производителей стоят примерно 800─900 евро. Это дороже, но у них в комплекте идёт необходимый крепёж, а для изготовления коллекторов используется медь и нержавейка. Так, что деньги будут потрачены не зря.

Водонагреватель Viessmann Vitosol 200 На цену солнечного водонагревателя оказывают влияние следующие факторы:

• Бренд;
• Материал корпуса и теплоприёмника;
• качество сборки;
• способ укладки изоляционного материала и стоимость самого материала;
• толщина стекла.

Естественно, что на цене отражаются конструктивные различия, о которых рассказывалось выше.

Готовые решения нагрева воды солнцем и их цена

Экономическое обоснование приобретения гелиосистемы зависит от нескольких критериев:

• полной стоимости, включая установку;
• теплоотдачи;
• периода окупаемости;
• срока службы.

Не все гелиосистемы одинаково эффективно работают. При использовании коллекторов, сделанных из дешевых и некачественных материалов можно столкнуться с проблемами во время эксплуатации: недостаточной производительностью и быстрым выходом оборудования из строя. Чтобы не испытать разочарования, следует покупать только проверенное временем оборудование.

Ниже приводятся несколько моделей популярных солнечных водонагревателей, которые, судя по отзывам потребителей, сделаны качественно и считаются лучшим выбором в соотношении стоимость/теплоотдача:

• Atmosfera — на базе украинской компании производителя, изготавливаются вакуумные и панельные коллекторы для всесезонного нагрева ГВС и поддержки систем отопления. Водонагреватели Атмосфера подходят для систем с принудительной циркуляцией, имеют улучшенную теплоизоляцию. В корпусе предусмотрено место для установки регулирующих датчиков.
• Особенность гелиоколлекторов Atmosfera в высокой производительности в пасмурную погоду и зимнее время года. Приобрести водонагреватель можно начиная от 20 тыс. руб.
• Sidite — китайская компания, наладившая выпуск гелиосистем и всего, что необходимо для их обслуживания и подключения. Выпускаются трубчатые и панельные солнечные водонагреватели. В ассортименте продукции присутствует огромное количество готовых решений для оснащения: коммерческих зданий, бассейнов, хостелов, многоквартирных домов, больниц и др. Водонагреватели Sidite только приобретают популярность среди отечественного потребителя.
• Vaillant auroSTEP plus — гелиоколлекторы с безупречным немецким качеством сборки и такой же традиционной ценой. За систему, достаточную чтобы обеспечить горячей водой семью на 2-3 человека, придется заплатить не меньше 200 тыс. руб. За эти деньги покупателю предоставляется полностью готовая система ГВС Vaillant auroSTEP plus, включая бойлер косвенного нагрева и контроллер.
• SunRain — еще одна модель от китайского производителя. Согласно заявленным техническим характеристикам гелиоколлекторы смогут работать при снижении температуры до –50°С. Допускается горизонтальная и наклонная установка. Водонагреватели способны работать в течение всего года. Подключаются к выносному баку. Стоимость трубчатых гелиоколлекторов SunRain от 40 тыс. руб.
• Viessmann Vitosol — линейка немецкого производителя, основная деятельность которого связана с производством водогрейного оборудования. Главные отличия от аналогичной продукции других изготовителей: безупречное качество сборки, полное соответствие заявленным характеристикам. В Viessmann Vitosol присутствует антивандальная и противоградовая системы. Поверхность стекла самоочищающаяся. Стоимость от 200 тыс. руб.
• ЯSolar — российская компания, выпускающая системы горячего водоснабжения «под ключ». В комплектацию входит: накопительный бак, контроллер, датчики нагрева, насосная станция, воздухоотводчик. Выпускаемые солнечные коллекторы ЯSolar предназначены для подключения в системы с принудительной циркуляцией. Полная стоимость комплекта от 430 тыс. руб.

Заявленный срок службы каждой из представленных моделей 35-50 лет. На первые 15 лет эксплуатации дается гарантия производителя. При всесезонной эксплуатации, в условиях коммерческого применения гелиосистема окупится за несколько лет. Если планируется использовать коллектор только летом, окупаемость наступит через 7-8 лет. Расчет экономической эффективности можно выполнить по следующему графику, показывающему зависимость теплоотдачи от времени года:

Расчет солнечного коллектора для нагрева воды осуществляется по коэффициенту потребления ГВС, используемому в СНиП. Для обеспечения потребности одного человека в горячей воде требуется от 2-4 кВт/час. В технической документации на приобретаемую гелиосистему указывается предполагаемая мощность конвектора, по которой можно узнать подходит ли понравившееся оборудование под конкретные условия эксплуатации.

Перед покупкой желательно изучить отзывы о солнечных коллекторах для нагрева воды. Из комментариев можно узнать о некоторых недостатках гелиосистем и их преимуществах, подобрать подходящую модель гелиоколлектора.

Виды

Можно выделить два вида этих устройств. Каждому из них свойственны определенные характеристики и принципы действия.

Плоский коллектор

Подобные коллекторы изготовляются в виде панели, размером до 2,5 метра, в центре которой помещается поглощающая пластина. Изготавливается она из теплопроводящих металлов, медь или алюминий самые используемые для этого. На нее нанесено покрытие, которому свойственно наличие низкого коэффициента излучения.

Это требуется для наибольшего преобразования солнечных лучей в виде тепловой энергии, при этом, в окружающую среду ее выход должен быть минимальным. Этот абсорбирующий слой соединяется с трубками. Именно по ним происходит циркуляция чаще всего пропилен-гликоля, который выступает в качестве теплоносителя.

Также, может использоваться антифриз или же вода. Под трубками расположен теплоизоляционный слой. Над поглотителем находится специальное защитное гелиостекло. Ему характерно минимальное содержание железа для наибольшей пропускной способности, а корпус усилен листовой сталью с теплоизоляцией или алюминием.

Используется этот вид для монтажа на скатных или же плоских крышах. Но его можно монтировать в любом месте и положении. Этот вид наиболее распространен и получил широкое использование для отопительных систем и для нагрева воды.

Трубчатый (вакуумированный)

Состоит он из отдельных трубок. Число их может быть от 5 до 30 штук. Каждая, из трубок по принципу действия представляет собой миниколлектор. Все они объединены в одну панель.

Внутри трубки находится еще одна такая же деталь меньшего размера. Между ними создан вакуум. Верхняя часть состоит из гелиостекла и выполняет функцию защиты. В нее встроена пластинка поглотителя, состоящая из меди или алюминия. Меньшая трубка находится под пластиной, в ней происходит циркуляция теплоносителя. Вакуум в этом случае играет роль теплоизолятора.

Такой солнечный коллектор действует значительно эффективней по сравнению с плоским, в условиях низких атмосферных температур. Но стоимость их значительно выше.

Трубчатый коллектор в свою очередь бывает двух видов, отличных по конструкции. Различают тип с тепловой трубой и прямоточный. Преимуществом первого типа можно назвать сохранение эффективной работоспособности при температуре до -30 градусов Цельсия, а в некоторых случаях даже до -40.

Отличительными особенностями прямоточного коллектора является возможность его монтажа в любом положении, а также минимальные теплопотери при работе.

Вывод

Солнечный коллектор – изобретение современной науки, вызывающее множество любопытства и споров.

Об абсолютном переходе на подобные установки говорить рано. При этом разумные доводы в сторону использования такого метода генерации тепла, безусловно, присутствуют.

В условиях истощения ресурсов природы коллекторы солнечного света становятся все актуальнее. Технология продолжает идти по пути развития, совершенствования, распространения в массы.

Производство гелиосистем набирает обороты. Количество моделей на разные потребности увеличивается. Даже при обширных сомнениях народа в таком отоплении, ниша растет и занимает все более устойчивые позиции.