Виды солнечных нагревателей и их устройство

Оцениваем покупку

Номинальные параметры, приведенные в таблицах для солнечных батарей, измеряются в нормальных условиях. Таковыми считаются:

• температура окружающей среды 25 ºС;
• поток света 1000 Вт/м2;
• спектр АМ1.5.

Указанная в последнем элементе списка аббревиатура введет в заблуждение даже опытного инженера. На деле сложного нет. Номинальные параметры солнечных батарей принято испытывать спектром светила, наблюдаемым на средней континентальной широте США. Это южнее Москвы, соответствует положению Волгограда либо Ростова-на-Дону.

Стандарт, характеризующий состояние атмосферы испытательного спектра, на официальном сайте стоит 80 швейцарских франков, предлагается удовольствоваться тем, что получим по поводу условий измерения в открытых источниках:

• оценка параметров воздуха проводится в 30 слоях, согласно платному стандарту;
• угол положения Солнца в зените составляет 48,19 градусов;
• мутность атмосферного воздуха на частоте 500 нм (голубой цвет) — 0,084;
• эквивалентный столбик водяного пара — 1,42 см;
• эквивалентная толщина озонового слоя — 0,34 см.

Мутность на длине волны 500 нм выбирается исходя из условия голубизны неба. Этот цвет преобладает в видимом с поверхности Земли спектре.

Научное изложение предостерегает от вопроса, отчего питание обогревателя солнечными батареями идет вразрез с документацией. Похожи условия из списка на местность, где установлена батарея?

Как ситуация выглядит зимой

Номинальная мощность солнечной батареи составляет 1000 Вт, точное значение напряжения не важно, останется преобразовано инвертором. Итак, температура перешла в минус

Специальная поправка на номинал напряжения учитывается при отклонении условий от нормы. Ниже 25 ºС вольтаж на выходе батареи растёт. При этом плотность потока мощности зимой не составит 1000 Вт/м2 в Химках. Измерения также предусматривают, что Солнце отбрасывает лучи на поверхность солнечной батареи под прямым углом. Отклонение от условия закономерно понижает выходную мощность.

Эти аспекты учитывают, выбирая солнечную батарею для дома.

Виды солнечных коллекторов

Ну начнем с того, что нагреватели воды делятся на 2 группы: по способу хранения и по методу нагрева. В первом варианте подключение происходит к выносному бачку, который устанавливается рядом с коллектором ну или же внутри дома. Во втором варианте используется встроенный тепловой аккумулятор.

Коллектор со встроенной емкостью

Данный вид моноблоков создан специально для весеннего и летнего времени, а в зимний период его специально отключают и производят слив. Заниматься ремонтом коллектора со встроенной емкостью гораздо проще. А чтобы данное устройство функционировало, необходимо присоединить сам солнечный водонагреватель к системе подаче горячей воды. Глянем чуть подробнее, как происходит нагрев воды:

1. Прибор ловит все солнечные лучи, которые на него попадают.
2. Всю полученную энергию он отправляет в змеевик, который находится в самой емкости теплового аккумулятора.
3. Происходит передача тепла от нагревательного элемента, тем самым и происходит нагревание воды, которую потом используют.

Есть и такие варианты, когда в теплоносителе уже встроен ТЭН, на тот случай, если коллектор не смог набрать нужный объем воды. Обычно все эти недоборы и плохие нагревания бывают лишь в плохую погоду.

Данный вид обогревателя всегда фиксируется в высоком месте, чтобы добиться нужного напора воды. А сами емкости выдерживают не более 0.2 атм. После того, как вода нагрелась, она сама стекает в водоразборною.

Отметим так же несколько основных сильных сторон водонагревателя со встроенной емкостью:

• При солнечной погоде вода нагревается за 2 – 3 часа.
• Получение необходимости в ГВС, как минимум от 3, 4 человек.
• Монтаж вполне простой.
• Цена на данное устройство не велика.

Коллектор с выносной емкостью

А вот как раз коллектор, который имеет при себе выносную емкость тепло-накопителя, принадлежит группе нагревателей, которые могут работать круглый год.

Этого будет достаточно, чтобы прогревать нужный объем воды. В целом, чтобы прогревать воду, потребуется наружный бойлер, который будет располагаться не рядом с коллектором. Каким же образом происходит процесс нагрева в данной системе?

1. Коллектор производит сбор солнечных лучей, тепла и затем передает это все самому теплоносителю.
2. Под давлением антифриз сразу же попадает в теплообменник.
3. И при активном движении через змеевик, идет прогревание воды.

Есть еще вариант, когда можно увеличить работоспособность солнечного водонагревателя – присоединение к насосной группе. Получается так, что процесс циркуляции будет принужденным, а скорость подогрева и давления будут регулироваться самой системой. И тут же образовывается самый главный плюс – возможность использовать в любое время года.

Но и без минусов нельзя обойтись. И единственным минусом будет необходимость присоединения дорого оборудования, который необходим для работы. Так же есть недостаток в том, что если отключат электричество, то насосы сразу перестанут функционировать, а значит, в скором времени будет перегрев теплоносителя.

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.

Конструирование простых солнечных водонагревательных систем

С экономической стороны выгоднее сконструировать солнечный водонагреватель своими руками.

Простая конструкция

Для этих целей требуются баки, которые покрыты черной краской. К ним присоединяется водопроводная магистраль из дома. Из такой тары вода поступает в душ.

Водонагреватель для бассейна своими руками конструируется из корыта, труб для холодной воды и перелива, выпуска и вентиля. Для прикрытия тары используется прозрачная крышка.

Простые конструкции отличаются такими недостатками:

• В облачную погоду емкость с водой не нагревается.
• Ежедневно тару заполняют жидкостью. Нагретую воду аккуратно сливают.
• Такое устройство располагают только в горизонтальном положении. Поэтому в определенное время КПД снижается.

Использование коллектора

Монтаж сконструированного собственными силами коллектора выгоднее с практической и экономической стороны. Но для достижения положительного результата требуется подготовка.

Конструирование приемника тепла

Дабы нагрев воды осуществлялся круглогодично, требуются:

• Аккумулирующая тара.
• Емкость для подпитки.
• Коллектор.

Монтаж насосного оборудования выполнять необязательно. Для циркуляции теплоносителя теплоприемник устанавливают ниже бака. Тара подпиточная располагается выше, чем аккумулирующая. Емкость, в которую перемещается подогретая жидкость, уплотняют.

Вторая емкость комплектуется поплавковым клапаном, дабы система функционировала. К отведенному патрубку подводят трубу, через которую будет поступать холодная жидкость.

Дабы сконструировать нагреватель воды своими руками, используют:

• Медные трубки.
• Трубки из полимерных составов или пластика.
• Плоские радиаторы из прочной стали.
• Алюминиевые трубки.

Дабы сконструировать корпус для нагревателя, нередко применяют древесину, фанеру. Мастера конструируют солнечный коллектор из поликарбоната своими руками.

Если все сделано правильно, то можно получить такие преимущества:

• Пользоваться такой системой можно даже при максимальной загрузке.
• Период окупаемости сконструированного нагревателя минимальный.
• Снижение затрат горючего.
• Такая система быстро подготавливается к эксплуатации.

Сферы применения и требования к установке

Итак, где применяются солнечные водонагреватели?

• Горячее водоснабжение частного дома;
• Отопление;
• Подогрев воды для дачных бассейнов;
• Горячая вода для нужд сельского хозяйства и промышленности.

Солнечный водонагреватель для отопления дома

Рекомендации по установке важно учитывать, поскольку от этого целиком и полностью будет зависеть эффективность работы водонагревателя. Перечислим некоторые рекомендации специалистов:

• Местом монтажа могут служить крыша дома, фасад, балкон;
• Панель водонагревателя обязательно должна смотреть на юг;
• При установке панели следует сделать угол наклона, равный широте вашего региона;
• Поскольку водонагреватель постоянно принимает солнечную энергию, при небольшом потреблении воды может образоваться застой, где теплоноситель вполне может нагреться до 300 градусов. Поэтому запрещено использовать трубы из пластмассы и оцинкованного железа. Лучше всего выполнять змеевик из меди или нержавейки;
• Обязательно нужно сделать изоляцию нагревающихся элементов водонагревателя, чтобы случайно не обжечься;
• При выборе крепежа и изоляции также следует учитывать возможность застоя теплоносителя и его сильный разогрев. То есть, материалы лучше выбирать с запасом прочности. Многие солидные производители температуру застоя пишут в спецификациях или на корпусе устройства. Ориентируйтесь на это значение;
• Панели солнечного водонагревателя должны располагаться на открытом месте с максимальным освещением солнцем. Вокруг не должно быть никаких высоких предметов, отбрасывающих тень;
• Для увеличения эффективности водонагревателя нужно проводить его крепёж на специальном стеллаже, если такую схему установки предлагает производитель;
• При установке каждый вид нагревателя может иметь свои особенности. Тут нужно ориентироваться на рекомендации производителя.

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.

Устройство и принцип действия плоского гелиоколлектора

Самодельный солнечный водонагреватель состоит из плоской деревянной рамы (короба) с глухой задней стенкой. На дне размещается главный элемент устройства — абсорбер. Чаще всего он изготавливается из металлического листа, присоединённого к трубчатому коллектору. От контакта пластины абсорбера с трубами теплообменника зависит эффективность передачи энергии, поэтому эти детали приваривают или припаивают непрерывным швом.

Сам жидкостной контур представляет собой массив из вертикально установленных трубок. В верхней и нижней части они присоединяются к горизонтальным трубам увеличенного диаметра, которые предназначаются для подачи и отбора теплоносителя. Входное и выходное отверстие для жидкости располагают диагонально — за счёт этого обеспечивается полный отъём тепла от элементов теплообменника. В качестве теплоносителя используется антифриз для систем отопления или другие незамерзающие растворы.

Абсорбер покрывается светопоглощающей краской, сверху кладут стекло, а короб защищают слоем теплоизоляции. Для упрощения задачи площадь остекления делят на части, а чтобы увеличить производительность, применяют стеклопакеты. Закрытая конструкция создаёт в гелиоколлекторе эффект термоса и одновременно предотвращает потери тепла из-за ветра, дождя и других внешних факторов.

Солнечный водонагреватель работает так:

1. Нагретая в гелиоколлекторе незамерзающая жидкость поднимается по трубкам и через ветку отбора теплоносителя попадает в теплоаккумулирующую ёмкость.
2. Перемещаясь по теплообменнику, установленному внутри бака-аккумулятора, антифриз отдаёт тепло воде.
3. Охлаждённая рабочая жидкость поступает в нижнюю часть контура солнечного водонагревателя.
4. Нагретая в баке вода поднимается и отбирается для нужд горячего водоснабжения. Пополнение жидкости в теплоаккумулирующей ёмкости происходит за счёт водопровода, подключённого к нижней части. Если же гелиоколлектор работает как нагреватель системы отопления, то для кругообращения воды в замкнутом вторичном контуре применяют циркуляционный насос.

Постоянное движение теплоносителя и наличие теплового аккумулятора позволяет накопить энергию за то время, пока светит солнце, и постепенно расходовать её даже тогда, когда светило скрывается за горизонтом.

Схема подключения солнечного коллектора к накопительной ёмкости не так сложна

Варианты самодельных солнечных установок

Особенностью солнечных водонагревателей, построенных своими руками, является то, что практически все устройства имеют одинаковую конструкцию теплоизолированного короба. Часто каркас собирается из пиломатериалов и покрывается минеральной ватой и теплоотражающей плёнкой. Что же касается абсорбера, то для его производства используют металлические и пластиковые трубы, а также готовые узлы от ненужного бытового оборудования.

Из садового шланга

Сложенный улиткой садовый шланг или водопроводная ПВХ-труба имеет большую площадь поверхности, что позволяет использовать подобный контур в качестве водонагревателя для нужд летнего душа, кухни или подогрева бассейна. Разумеется, для этих целей лучше брать материалы чёрного цвета и обязательно использовать накопительную ёмкость, иначе в пик летней жары абсорбер будет перегреваться.

Плоский коллектор из садового шланга — простейший способ подогревать воду в бассейне

Из конденсатора старого холодильника

Внешний теплообменник отслужившего свой срок холодильника или морозильной камеры является готовым абсорбером гелиоколлектора. Всё, что остаётся сделать — дооборудовать его теплопоглощающим листом и установить в корпус. Конечно, производительность такой системы будет маленькой, но в тёплое время года водонагреватель из деталей холодильного оборудования перекроет потребности в горячей воде небольшого загородного дома или дачи.

Теплообменник старого холодильника представляет собой практически готовый абсорбер для небольшого гелионагревателя

Из плоского радиатора системы отопления

Изготовление гелиоколлектора из стального радиатора не потребует даже монтажа абсорбирующей пластины. Достаточно покрыть устройство чёрной жаростойкой краской и смонтировать его в герметичный кожух. Производительности одной установки с лихвой хватит для системы горячего водоснабжения. Если же сделать несколько водонагревателей, то можно сэкономить на отоплении дома в холодную солнечную погоду. К слову, собранная из радиаторов гелиоустановка обогреет подсобные помещения, гараж или теплицу.

Стальной радиатор системы отопления послужит основой для постройки экологичного водонагревателя

Из полипропиленовых или полиэтиленовых труб

Трубы из металлопластика, полиэтилена и полипропилена, а также фитинги и приспособления для их монтажа позволяют строить контуры гелиосистем любой площади и конфигурации. Такие установки обладают хорошей производительностью и используются для обогрева помещений и получения горячей воды на хозяйственные нужды (кухня, ванная и т. д.).

Достоинство гелиоколлектора из пластиковых труб — невысокая стоимость и простота монтажа

Из медных трубок

Абсорберы, построенные из медных пластин и трубок, обладают самой высокой теплоотдачей, поэтому с успехом применяются для подогрева теплоносителя отопительных систем и в горячем водоснабжении. К недостаткам коллекторов из меди относятся большие трудозатраты и стоимость материалов.

Применение медных труб и пластин для изготовления абсорбера гарантирует высокую производительность гелиоустановки

Как сделать простой водонагреватель своими руками

Из поликарбоната

Одним из вариантов для создания солнечного водонагревателя для дачи своими руками предполагает использование для конструкции сотовый поликарбонат. Единственным требованием для такого элемента конструкции является светопропускная способность материала. Хотя прочность является одной из важнейших характеристик, она не является основой.

Из тех материалов, что есть в наличии, могут быть использованы пиломатериалы или профильные легкие элементы из металла, которые потребуются для изготовления каркаса устройства. Из медных трубок делаем змеевик, причем желательно в одной плоскости – это и будет ваш абсорбер для водонагревателя, в котором будет происходить циркуляция воды. На концах трубок из меди установите штуцера для соединения подающей трубы и выхода нагретой воды. В роли змеевика можно использовать похожую конструкцию от ненужного холодильника, но лишь в том случае, если параметры змеевика от холодильного оборудования будут определять геометрические размеры устройства в целом.

Из пластика (бутылок)

Такая очень простая система нагрева воды от солнечной энергии допускает ее самостоятельное изготовления из привычных для всех пластиковых бутылок с объемом в 1.5 литра (или любого другого размера, но чтобы се были одинаковыми).

Также важным условием работы для такого устройства считается прочность соединений и герметичность бутылок между собой. Будет идеально, если на донышке бутылки будет просверлено отверстие, которое будет соответствовать диаметру горлышку от бутылки, чтобы получилось вставить одну бутылку в другую. Для крепления допустимо использовать крышки от тех же бутылок, в которых заранее должны быть просверлены отверстия.

В зависимости от того, какое количество бутылок будет собрано для солнечного водонагревателя в виде батареи и количества батарей, получатся геометрические размеры устройства, и на основании них можно будет делать каркас. Как и в предыдущем случае, каркас можно сделать из материалов, которые есть под рукой. После укладывайте слой теплоизоляции  и по возможности затемните приемную поверхность (внутреннюю часть нижней стенка каркаса).

В готовый каркас остается уложить бутылочные батареи, которые будут соединены между собой так, что верхние части батарей будут подключены к подаче холодной жидкости от источника снабжения водой, а нижние к отводной трубе с нагретой водой. Сторона каркаса с «лица» должна быть зашита поликарбонатом, стеклом или любым другим прозрачным материалом, который хорошо пропускает солнечный свет и сохраняет тепло внутри устройства. Для приемлемого уровня нагрева воды требуется установить запорный вентиль на отводную и входную трубу.

Особенности установки и эксплуатации жидкостных нагревательных коллекторов

Для размещения гелиоколлектора выбирают просторное место, которое не затеняется весь световой день. Монтажный кронштейн или подрамник изготавливают из деревянных реек или металла с таким расчётом, чтобы наклон водонагревателя регулировался в пределах от 45 до 60 градусов от вертикальной оси.

Для установки солнечного водонагревателя собирают опорную раму

Подключение к бойлеру косвенного нагрева или тепловому аккумулятору выполняют с использованием резьбовых фитингов и медных, металлопластиковых или многослойных полипропиленовых труб. Их укрывают слоем теплоизоляции.

Схема подключения гелионагревателя в системе с принудительным движением теплоносителя

Накопительный бак для уменьшения тепловых потерь размещают как можно ближе к установке. В зависимости от условий организуют естественную или принудительную циркуляцию теплоносителя. В последнем случае используют контроллер с термодатчиком, врезанным в выходной патрубок. Прокачка рабочей жидкости по контуру будет включаться, когда её температура достигнет запрограммированного значения.

Сезонно-работающую систему заправляют водой, тогда как круглогодичное использование солнечного водонагревателя требует применения незамерзающей жидкости. Идеальный вариант -специальный антифриз для гелиосистем, но для экономии используют и жидкости, предназначенные для автомобильных радиаторов или бытовых отопительных систем.

Принцип работы солнечного коллектора

Главным элементом любого солнечного коллектора является адсорбер – панель, поглощающая тепловую энергию солнечных лучей и нагревающая теплоноситель. Нагретый теплоноситель по трубам проходит через теплообменник, расположенный в баке с водой, и нагревает ее. Нагревая воду в баке, теплоноситель охлаждается и опускается по законам конвекции к адсорберу. Это простейшая схема, подразумевающая, что адсорбер находится ниже бака с водой.

Схема одноконтурного солнечного водонагревателя

При этом в качестве теплоносителя может быть использована и сама вода. Эта схема работает без каких-либо дополнительных устройств, основываясь исключительно на принципе конвекции. Но поскольку коллектор, как правило, располагают на скосах крыш, и находится он выше бака с водой, то для того, чтобы система работала, нужно обеспечить принудительную циркуляцию теплоносителя. Для этого в контур теплоносителя дополнительно устанавливается насос.

Но насос – это активное звено, которое включается в пассивный водонагреватель. И, следовательно, его нужно подключить к электрической сети. Для того чтобы гарантированно быть обеспеченным горячей водой, на случай, если солнечный коллектор из-за длительной пасмурной погоды не может поддержать нужный температурный режим, в бак можно встроить электронагревательный элемент, который при необходимости подогреет воду до нужной температуры.