Слънчев колектор от пластмасови бутилки: ръководство стъпка по стъпка за изграждане на слънчев колектор

От какво се състои слънчевият колектор

Разработени са и са патентовани редица конструкции:

1. Плосък.
2. Тръбни.
3. Вакуумни лампи.
4. Термосифони.

Най-лесният начин за изграждане на слънчев колектор със собствените си ръце е с плосък или тръбен дизайн.

Как да изградим инсталация? Една колекторна единица (техният брой вече е приблизително известен от изчисленията, направени по горепосочения метод) се състои от следните елементи:

• Комплект от медни или алуминиеви тръбни елементи;
• Абсорбираща плоча;
• Топлоизолиран запечатан корпус;
• Капак, който може да бъде изработен от прозрачен термоустойчив полимер или закалено стъкло.

Ефективността на изолацията определя ефективността на колектора. Тази стойност може да бъде увеличена, като се осигури акумулиращ кръг, който може да осигурява топлина в облачни дни или за охладителни системи.

Процесът на производство и последващ монтаж на слънчеви колектори е възможен не само за покрива, но и за южните стени на сградата. В този случай корпусите са снабдени с перфорации, които улесняват потока на въздуха. Когато нагретият въздух се издигне до горната част на стената, той се насочва към вентилационните канали на сградата за последващо разпределение.

Видове слънчеви колектори

Стандартното устройство е под формата на метална пластина, която е поставена в пластмасов или стъклен корпус. Повърхността на тази плоча акумулира слънчевата енергия, улавя топлината и я предава за различни битови нужди: отопление, подгряване на вода и др. Съществуват няколко вида интегрирани колектори.

Колектори за натрупване

Акумулационните колектори се наричат още термосифонни колектори. Този вид слънчев колектор със собствените си ръце, без помпа, е най-печеливш. Той не само загрява водата, но и поддържа температурата на необходимото ниво за определен период от време.

Този слънчев колектор за отопление се състои от няколко резервоара, пълни с вода, които са разположени в изолационна кутия. Резервоарите са покрити със стъклен капак, през който слънчевите лъчи проникват и нагряват водата. Този вариант е най-икономичен, лесен за експлоатация и поддръжка, но ефективността му през зимата е почти нулева.

Плосък

Плоският колектор се състои от голяма метална абсорбираща плоча, която е разположена в алуминиев корпус със стъклен капак. Плоският слънчев колектор със собствените ви ръце ще бъде по-ефективен, ако използвате стъклен капак. Тя абсорбира слънчевата енергия чрез устойчиво на градушка стъкло, което пропуска добре светлината и практически не отразява.

Във вътрешността на кутията има топлоизолация, която значително намалява загубите на топлина. Самата плоча е с ниска ефективност, затова е покрита с аморфен полупроводник, който значително увеличава скоростта на съхранение на топлинна енергия.

При изработването на слънчев колектор за плувен басейн със собствените си ръце често се предпочита плоско, интегрирано устройство. Въпреки това, той не е по-лош за други задачи, като например затопляне на вода за битови нужди и отопление на помещения. Плоският вариант е най-широко използваният вариант. Абсорберът за слънчев колектор със собствените си ръце е за предпочитане да е изработен от мед.

Течност

От наименованието става ясно, че основният топлоносител в тях е течността. Водният слънчев колектор с ръце е изработен по следната схема. Чрез метална плоча, която поглъща слънчевата енергия, топлината се предава чрез прикрепени към нея тръби към резервоар за вода или незамръзваща течност или директно към потребителя.

Към плочата са свързани две тръби. Единият от тях подава студена вода от резервоара, а вторият се използва за подаване на загрята течност към резервоара. Тръбите трябва да имат входни и изходни отвори. Това се нарича затворена отоплителна система.

Когато затоплената вода тече директно към нуждите на потребителя - такава система се нарича отворена.

Неостъклените се използват по-често за затопляне на вода в плувен басейн, поради което сглобяването на такива термични слънчеви колектори със собствени ръце не изисква закупуването на скъпи материали - гума и пластмаса са достатъчни. Остъклените са с по-висока ефективност, поради което могат да отопляват къщата и да осигуряват топла вода на потребителя.

Air

Въздушните агрегати са по-икономични от гореспоменатите аналози, които използват вода като топлоносител. Въздухът не замръзва, не изтича и не кипи като водата. Ако в такава система се появи теч, той не причинява толкова проблеми, но е трудно да се определи къде е възникнал.

Изработката "Направи си сам" не е скъпа за потребителя. Слънчевият панел, който е покрит със стъкло, нагрява въздуха между него и топлоизолационната плоча. Грубо казано, това е плосък колектор с пространство за въздух вътре. Под въздействието на слънчевата енергия студеният въздух навлиза и топлият въздух се подава към потребителя.

Такива варианти са издръжливи и надеждни и се поддържат по-лесно, отколкото устройствата, които използват течност като топлоносител. Това е правилният избор за поддържане на подходяща температура в мазето или за отопление на оранжерията със слънчев колектор.

Гъвкава тръбна конструкция

За създаването на надежден слънчев колектор се използват само висококачествени материали. За слънчевия колектор се използват само висококачествени материали. Колекторът може да се състои от няколко модула. Тръбите трябва да се поставят в тях и да се закрепят здраво.

Тази конструкция е най-простата. Основният му недостатък е необходимостта от използване на помпа. Тъй като естествената циркулация не е възможна в тази конструкция. Ако дължината на тръбите е твърде голяма, хидравличното съпротивление ще бъде по-голямо от напора, създаден от температурната разлика.

Трябва да се отбележи, че не е проблем да се инсталира помпа. И такава система ще се изплати доста бързо.

Монтаж на плувен басейн

Разглежданият вариант на колектор може да се използва и за затопляне на водата в плувния басейн. Той трябва да бъде свързан към филтрираща система с помпено оборудване. Циркулиращата в него течност се загрява, преди да попадне в резервоара.

Съществуват варианти, при които е допустимо да не се монтира резервоар за съхранение. Този подход може да се приложи, ако затоплената вода е предназначена за използване единствено през светлата част на деня в малък обем. Например, една верига е дълга сто и петдесет метра. Вътрешният диаметър е шестнадесет милиметра. Тази конструкция може да побере тридесет литра течност. Ако конструкцията се състои от няколко помещения, свързани в една система, отопляемата вода ще бъде много по-голяма.

Слънчев колектор - воден или въздушен

Всеки от нагревателите е ефективен, различават се само основното предназначение и принципът на работа:

• Воден колектор - използва се за нуждите на БГВ и нискотемпературни системи за подово отопление. През зимния период ефективността значително намалява. Вакуумните и панелните индиректни колектори, свързани с буферен съд, продължават да съхраняват топлина през цялата година. Основният недостатък е високата цена на слънчевия колектор, инсталацията и тръбопроводите.
• Въздухоотвеждащ колектор - характеризира се с проста конструкция и устройство, което може да се направи самостоятелно, ако желаете. Основното предназначение е да се отопляват помещения. Разбира се, съществуват схеми, които позволяват получената топлина да се използва за БГВ, но в този случай ефективността на въздушните колектори спада почти наполовина. Предимства: Ниска цена на комплекта и монтажа.

Слънчевите системи за отопление на въздуха работят само през деня. Отоплението започва дори когато е облачно, заоблачено или вали. Работата на въздушните нагреватели не спира през зимата.

Това е интересно: Каква е разликата между руската баня и финландската сауна (видео)

Изработени от медни тръби

Колектор с медна намотка, облицована отвътре с листове от същия материал, е изключително ефективен. Вероятно най-ефективният, който намерихме в мрежата. Тръбите и лентите се запояват със специален поялник по шевовете, съединенията, така че медният абсорбер е най-времеемкият етап, който отнема 2 дни.

Медта е почернена, като е поставена във вана с калиев персулфат:

Корпусът е изолиран, а на задната стена е прикрепено фолио, което отразява топлината. Всички пропуски бяха внимателно уплътнени:

Структурата беше преместена на място, като беше увита в обикновено фолио за храна, и едва след транспортирането и свързването беше монтирано стъклото:

Резултат: В горещия южен климат медта се нагрява под преките лъчи, водата се загрява до кипене, дори има видими признаци на топене на полимерните елементи на конструкцията. Препоръчително е душът със слънчев абсорбатор от този тип да се захранва със студена течност, за което трябва да се предвиди отделен съд за течност или захранване от кран.

Изработване на абсорбери

Сглобете тръбите, както следва:

1. Стената, покриваща горната част на кутията (която има отвор), се изрязва с метална ножица на "венчелистчета", които се огъват навътре. Разгъването на "венчелистчетата" е удобно, като кутията се плъзга върху пластмасова тръбичка с възможно най-голям диаметър (така че да влиза във вътрешността на кутията).
2. В дъното на всяка кутия с конусовидно свредло трябва да се направят 3 отвора с диаметър 20 mm, така че центровете им да са във върховете на равностранен триъгълник.
3. Сега можете да сглобите тръбите от кутиите, по 8 парчета във всяка. Фугите между кутиите трябва да се уплътнят с високотемпературен уплътнител за комини, напр. High Heat Mortar. Това съединение трябва да се нанася върху предварително обезмаслена и навлажнена повърхност. Сместа трябва да се разнася с пръсти, като се носят гумени ръкавици, които също трябва да се навлажнят с вода.

За да бъдат тръбите идеално прави, кутиите трябва да се поставят в шаблон, изработен от две дъски под формата на ъгъл с равни рафтове. Шаблонът трябва да бъде поставен под лек ъгъл спрямо вертикалата (може да се облегне на стената).

Новосглобената тръба, която е в шаблона, трябва да се претегли върху него, докато уплътнителят се втвърди напълно.

Какво представлява слънчевият колектор?

По същество това е климатично оборудване, което се използва за производство на гореща вода с последващо използване във водопроводната и отоплителната система. Начинът, по който работи тази система, е, че плътността на водата се променя, докато тя се нагрява, така че горещата течност се изтласква нагоре.

Основната разлика при тези системи е, че за отопление се използват природни ресурси, по-специално слънчева енергия, която е напълно безплатна. Правилно проектираният слънчев колектор позволява извличането на тази енергия дори в мразовит ден или при облачно време. Затова може да се използва не само през лятото, но и през есента и зимата.

Изграждане на слънчев колектор

Изграждането на цялостна система от слънчеви колектори задължително включва няколко основни елемента - това са

• Устройството за извличане на слънчева енергия;
• резервоар за съхранение на гореща вода;
• топлообменник;
• Топлоизолация, която намалява скоростта на охлаждане на топлоносителя.

Изработване на уреда от гофрирана ламарина

Това е още по-проста конструкция на слънчев колектор. Ще го изградите много по-бързо.

Първа стъпка. Първо направете дървена кутия по същия начин, както в предишния вариант. След това ще поставите дървен материал (приблизително 4х4 см) по периметъра на задната стена и ще запълните дъното с минерална вата.

Втори етап. Направете отвор в долната част.

Трета стъпка. Поставете профилирана ламарина върху дървения материал и го пребоядисайте в черно. Разбира се, ако първоначално е бил в друг цвят.

Четвърта стъпка. Перфорирайте цялата площ на велпапето за осигуряване на въздушен поток.

Пета стъпка. Ако искате, можете да остъклите цялата конструкция с поликарбонат - това ще повиши температурата на абсорбера. Не забравяйте обаче, че трябва да осигурите и изход за засмукване на въздух отвън.

Характеристики на вакуумен слънчев колектор за отопление на дома през зимата

Вакуумният слънчев колектор е доста сложно устройство. Основният работен елемент е представен от скъпоструваща светлопоглъщаща крушка с прозрачна повърхност, в която е разположена тръбата. Той е създаден на принципа на термоса. Вакуумната крушка позволява на слънчевата светлина да преминава във вътрешната тръба, която е свободна от въздух, като по този начин се спестява до 95 % от топлината.

Вакуумни слънчеви колектори. По-скъпи, но работят дори през зимата

Дъно на вътрешния вакуум тръба за слънчев колектор се заема от антифриз, който при нагряване се превръща в газообразно състояние. Горната част е мястото, където топлината се предава на колектора с помощта на топлоносителя. Антифризът се охлажда и кондензира, като се връща в първоначалното си състояние.

Вакуумният слънчев колектор се характеризира с висока ефективност при лоши светлинни условия и температури под -37 °C. Той е специално разработен за северните географски ширини и може да функционира при липса на пряка слънчева светлина. За да работи ефективно, устройството изисква постоянна поддръжка, която се състои в почистване на повърхността на устройството от замърсявания.

Основният недостатък е високата цена на строителството. В случай на повреда дори на една тръба, ремонтът ще бъде проблемен, тъй като всички продукти са монтирани последователно.

Схема "Лято"

Тази опция е подходяща за летни душове. Ако той трябва да бъде разположен на открито, резервоарът за гореща вода също трябва да бъде монтиран там.

Ако трябва да се монтира вътре в сградата, резервоарът за съхранение също трябва да се монтира вътре в къщата.

Въпросната схема функционира на основата на естествения кръговрат. Колекторът трябва да се монтира на около един метър под резервоара, където ще се натрупва топлата вода. Това се дължи на различната плътност на студената и горещата вода. За свързване на колектора с резервоара трябва да се използват тръби със сечение 0,75" или повече.

За да се запази ефективно топлината на водата, стените на резервоара трябва да бъдат изолирани. За тази цел трябва да се използва минерална вата. Дебелината му трябва да е поне десет сантиметра. Ако над котела има покрив, за изолация трябва да се използва и полиетилен.

Ненапразно тази схема се нарича "лятна". Той може да загрява вода само през топлия сезон. През студения сезон течността трябва да се източи от системата. В противен случай може да повреди използваните тръбопроводи, ако замръзнат.

Сглобяване на домашния слънчев колектор

Започвате да сглобявате този продукт за слънчева енергия, като правите намотка. Ако сте намерили сглобяема серпентина, крайният монтаж ще отнеме много по-малко време. Намотката трябва да се почисти много внимателно под течаща вода (за предпочитане гореща), за да се отстранят всички запушвания и остатъци от фреон от вътрешната страна. Ако не разполагате с необходимите тръби, можете да закупите необходимото количество от магазин. Но в този случай ще трябва да изработите самата намотка. За да го направите, отрежете тръбите с необходимата дължина. След това с помощта на ъглови преходи ги запоете във формата на конструкцията на намотката. След това, ако колекторът трябва да се свърже към водоснабдителната система, запоете санитарни фитинги с размер ¾ към краищата на серпентината. Съществуват няколко варианта за формата и дизайна на намотката, например тръбите могат да бъдат запоени във формата на стълбище (ако възнамерявате да приложите този вариант, не купувайте ъглови редуктори, ще ви трябват тройници).

Сглобяване на слънчевия колектор

След това нанесете селективен слой черна матова боя върху предварително подготвената ламарина, за предпочитане на поне няколко слоя. Изчакайте, докато въздушният поток изсуши боята, и започнете да запоявате намотката (от небоядисаната страна). Цялата конструкция на серпентината трябва да бъде запоена по цялата дължина на тръбите, като по този начин ще осигурите най-ефективен топлообмен и в резултат на това максимален топлообмен към водната система. Ако направите това правилно, сглобеният от вас слънчев колектор ще работи по предназначение.

Плоски колектори

Плоските слънчеви колектори представляват метална рамка, върху която, гледана отдолу нагоре, са закрепени:

• плоча на корпуса;
• топлоизолационен слой;
• Светлоотразителен слой (не присъства във всички модели) ;
• Топлоотделяща плоча (радиатор, наричан също абсорбираща плоча), към която са запоени тръбите за топлообмен;
• Прозрачен полупрозрачен капак (закалено стъкло с 95% коефициент на пропускане на светлината или поне прозрачен поликарбонат).

Корпусът също така има изходна и входна връзка за циркулация на топлоносител.

Съществуват отворени модели - без капак. Единственото им предимство е ниската им цена, но те са много неефективни и напълно нефункционират при отрицателни температури. Тъй като няма капак, абсорбиращото покритие се разрушава бързо, така че отворените колектори издържат няколко сезона и поради своите характеристики могат да се използват за затопляне на вода в плувен басейн или душ. Те не са подходящи за отопление.

Принципът на действие на плоския слънчев колектор е следният: Слънчевите лъчи преминават почти изцяло през горното покривно стъкло. Тези лъчи нагряват абсорбера. Топлината, разбира се, се излъчва, но почти никога не излиза навън: стъклото, което е прозрачно за слънчевите лъчи, не пропуска никаква топлина (позиция "в" на диаграмите). Оказва се, че топлинната енергия не се разсейва, а се съхранява в панела. От тази топлина се нагряват тръбите за топлообмен, а от тях топлината се предава на циркулиращия топлоносител.

Правила за позициониране на плоски колектори

Колекторите от този тип трябва да бъдат разположени под ъгъл 90о спрямо падащата светлина. Колкото по-точно е зададен този ъгъл, толкова повече топлина събира системата. Ясно е, че не е реалистично да се поддържа този ъгъл на неподвижен покрив през цялото време, но панелът трябва да бъде разположен така, че върху него да пада възможно най-много светлина за възможно най-дълъг период от време. Съществуват доста скъпи устройства, които променят позицията на панела спрямо слънцето, като поддържат оптимален ъгъл на падане на слънчевите лъчи. Те се наричат системи за проследяване.

От какво зависи цената

Цената на плоския колектор до голяма степен зависи от използваните материали. Например корпусът може да бъде от алуминий или поцинкована стомана. Алуминиевият корпус е за предпочитане, но струва повече. Предлагат се и пластмасови корпуси. Те се характеризират с висока издръжливост и надеждност.

Тръбите на топлообменника и материалът, от който е изработена топлообменната серпентина, оказват голямо влияние върху ефективността. Предлагат се алуминиеви (които са по-евтини) и медни. Медта е по-скъпа, но също така е по-издръжлива и има по-висока ефективност. В Русия, дори и в южните райони, е желателно да се използват. Тъй като слънчевото греене, дори на юг, рядко е прекомерно, то не винаги е достатъчно за отопление.

Покритието на колекторната плоча също е важно: колкото по-близко до абсолютно черния цвят е то, толкова по-малко лъчи ще се отразяват и толкова повече топлина ще се получава в резултат на това. Затова технолозите постоянно работят за подобряване на това покритие.

При първите модели тя е била с обикновена черна боя, а днес е с черно никелово покритие.

Колектори от пластмаса

Пластмасовите слънчеви колектори могат да бъдат обособени в отделен тип. В най-простия си вид те представляват два поликарбонатни панела, прикрепени към алуминиева рамка. Между тях се заваряват или облицоват ребра, които създават лабиринт за потока на водата в панела. В горната част на панела има вход, а в долната - изход. В горния се налива студена вода, която се нагрява през лабиринта и излиза с по-висока температура през долния лабиринт. Системата се използва за затопляне на вода през лятото. Благодарение на ниското хидравлично съпротивление той функционира много добре в система с гравитачен поток. Този тип слънчеви бойлери са идеални за осигуряване на топла вода за градинския сезон.

Но понякога пластмасовите слънчеви колектори се наричат пълноценни колектори за отопление. Те просто имат горен капак, изработен от поликарбонат или друга пластмаса, който пропуска слънчевите лъчи. Такива модели са по-малко застрашени: пластмасите са по-издръжливи от стъклото (дори от закалено стъкло).

Оборудване на системите, работещи със слънчеви колектори, с автоматизация

Характерът на соларната инсталация и постоянно променящите се входни данни (годишно време, метеорологични условия и др.) не осигуряват стабилност на параметрите (температура, дебит на охлаждащата течност и др.), което налага включването на системи за управление в схемата на инсталацията.

Електронни устройства като контролер, базирани на анализ на температурата на определени места в схемата на инсталацията, подават команди за отваряне/затваряне на клапани, активиране/деактивиране на помпени агрегати, за да се избере оптималното движение на охлаждащата течност във веригата. Например, ако температурата на водата в резервоара за съхранение бъде превишена, контролерът ще спре движението ѝ през контура, като по този начин ще спре загубата на топлина, която би могла да бъде изхвърлена в околната среда чрез колектора.

Как работят слънчевите нагреватели

Преди да се опитате да изградите домашна слънчева термална система, си струва да разгледате дизайна на фабрично произведените въздушни и водни слънчеви колектори. Първите се използват за директно отопление на помещения, а вторите - като нагреватели на вода или антифриз, който не замръзва.

Основният елемент на една слънчева термална система е самият слънчев колектор, който се предлага в три варианта:

1. Плосък нагревател за вода. Тя представлява запечатана кутия, изолирана отдолу. Във вътрешността има топлинен приемник (абсорбер), изработен от метална ламарина, върху която е закрепена медна намотка. Елементът е покрит отгоре с устойчиво стъкло.
2. Конструкцията на въздушния колектор е подобна на тази на предишната версия, само че вместо охлаждаща течност въздухът циркулира чрез вентилатор.
3. Конструкцията на тръбния вакуумен колектор се различава съществено от тази на плоските модели. Апаратът се състои от здрави стъклени колби, в които са поставени медни тръби. Техните краища се свързват с 2 захранващи и връщащи линии и въздухът се изпуска от колбите.

Допълнително. Съществува и друг вид вакуумен нагревател за вода, при който стъклените колби се затварят плътно и се пълнят със специално вещество, което се изпарява при ниска температура. По време на изпарението газът поглъща голямо количество топлина, която се предава на водата. В процеса на топлообмен веществото отново кондензира и се стича на дъното на колбата, както е показано на снимката.

Конструкция на вакуумна тръба за директно нагряване (вляво) и колба, която работи чрез изпаряване/кондензация на течността

Изброените по-горе видове колектори използват принципа на прякото предаване на слънчевата топлина (известна още като слънчево греене) на течащата течност или въздух. Плоският нагревател за вода работи по следния начин:

1. Водата или антифризът преминават през меден топлообменник със скорост 0,3-0,8 m/s, изпомпвани от циркулационна помпа (въпреки че се предлагат и гравитационни модели за външни душове).
2. Слънчевите лъчи нагряват абсорбиращия лист и плътно свързаната с него намотка. Температурата на течащия топлоносител се повишава с 15-80 градуса в зависимост от сезона, времето на деня и външните атмосферни условия.
3. За да се предотврати загубата на топлина, дъното и страните на корпуса са изолирани с полиуретанова пяна или екструдиран пенополистирол.
4. Прозрачното горно стъкло има три функции: предпазва селективното покритие на абсорбера, предотвратява духането на вятъра над намотката и създава херметична кухина, която задържа топлината.
5. Горещият термофлуид постъпва в топлообменника на резервоара за съхранение - буферен резервоар или нагревател за вода с индиректно загряване.

Тъй като температурата на водата в кръга на устройството се променя в зависимост от сезоните и ежедневните промени, слънчевият колектор не може да се използва директно за отопление и БГВ. Енергията, получена от слънцето, се предава на първичния топлоносител чрез серпентината на акумулиращия резервоар (котела).

Ефективността на тръбните модули се повишава от вакуума и вътрешната отразяваща стена във всяка крушка. Слънчевите лъчи преминават свободно през безвъздушния слой и нагряват медната тръба с антифриз, но топлината не може да преодолее вакуума и да излезе навън, така че загубите са минимални. Другата част от лъчението навлиза в рефлектора и се фокусира върху водната линия. Според производителите ефективността на системата достига до 80%.

Когато водата в резервоара се затопли до желаната температура, слънчевите топлообменници се превключват към басейна с помощта на трипътен вентил.