Солнечный коллектор из пустых пивных банок своими руками

Изготовление конструкции плоского типа

На дачном или загородном участке для бытовых нужд семьи из трех человек достаточно установить водонагреватель площадью 2 м2 для бака на 200 л. Чтобы собрать солнечный коллектор своими силами, понадобятся:

• корпус абсорбера из фанеры и деревянных планок;
• листовая сталь, медь или алюминий для поглотителя солнечной энергии;
• решетка из цельнотянутых труб для теплоносителя;
• изоляционный материал (минеральная вата, Пенофол, пенопласт);
• стекло толщиной больше 5 мм;
• емкость на 200 л;
• 6–7 м медной трубки для теплообменника;
• термостойкая черная краска;
• инструменты для работ по дереву и металлу, сварочный аппарат, крепежные материалы, силикон.

Для экономии средств можно обойтись без металлического абсорбера, а в качестве поглотителя инфракрасного излучения использовать заднюю стенку деревянного корпуса, которую необходимо выкрасить в черный цвет. Медные трубы заменяют полипропиленовыми. Стоимость тройников для их соединения намного ниже сварочных работ.

Изготовить солнечный коллектор своими руками поможет поэтапная инструкция:

• Из металлических труб сваривают решетку для теплоносителя.
• Если есть металлический лист абсорбера, к нему приваривают решетку из труб.
• По чертежам раскраивают фанеру и монтируют корпус.
• Если используют пластиковые трубы, их закрепляют с помощью клипс на основе и соединяют между собой фитингами.
• Корпус и решетку с абсорбером покрывают черной краской.
• Под листовой поглотитель прокладывают изоляцию или утепляют нагреватель с внешней стороны.
• Для крепления стекла по периметру корпуса набивают раму из планок, в которых просверливают входные и выходные отверстия для труб.
• Стеклянные части верхнего покрытия коллектора соединяют алюминиевыми уголками.
• Проводят герметизацию силиконом.

Технология изготовления теплообменника заключается в утеплении бака-накопителя, организации входного и выходного отверстия для медного змеевика, по которому будет циркулировать теплоноситель. Устанавливают коллектор на опору из брусьев 50х50 мм, скрепленных металлическими уголками, так как вес конструкции даже без воды довольно внушительный.

Коллекторы из нетрадиционных материалов

Общая схема и руководство по изготовлению классического солнечного водонагревателя дает простор для самостоятельного моделирования конструкции при помощи подручных средств, сотового поликарбоната, пластикового шланга. Сделать самому небольшой коллектор можно из фреонового контура старого холодильника. Змеевик закрепляют в раме, заднюю стенку изолируют, а сверху накрывают стеклом.

Простейший нагреватель для бассейна на дачном участке можно сделать при помощи садового шланга, который скручивают спиралью и укладывают на пенопластовый изолятор. Стекло создает парниковый эффект и пластиковая труба быстро нагревается. Чтобы увеличить производительность системы, несколько спиралей соединяют последовательно между собой.

Собрать самому легкий и прочный солнечный коллектор из поликарбоната не составит труда, если купить:

• сотовые листы поликарбоната 1000х2000 мм толщиной 4 мм – 2 шт (для теплоносителя и защитного покрытия);
• пенопласт для изоляции задней стенки;
• 2 м трубы ПВХ диаметром 32 мм – 2 шт;
• заглушки и уголки с резьбой для труб – по 2 шт.

Изготовить водонагреватель из поликарбоната поможет инструкция:

1. Сделать чертежи и собрать опорную раму, следуя руководству по работе с древесиной.

2. С помощью дрели с дисковой насадкой в трубах необходимо сделать продольные пропилы по ширине листа поликарбоната.

3. Края поликарбоната обрабатывают наждачной бумагой и обезжиривают.

4. В разрезы вставляют пластины так, чтобы они не перекрывали просвет в трубе.

5. Стыки герметизируют термоклеем для пластика.

6. Окрашивают черной краской.

7. Подключают фитинги и проводят испытание.

Процесс сборки самодельного солнечного коллектора

Начало сборки этого изделия солнечной энергетики стартует с изготовления змеевика. Если вам удалось подобрать готовый змеевик, окончательная сборка займет намного меньше времени. Подобранный змеевик стоит очень тщательно вымыть под струей воды (желательно горячей), чтобы изнутри вымыть все засоры и избавиться от остатков фреона. Если у вас не нашлось подходящих трубок, то нужное количество вы сможете приобрести в магазине. Но в этом случае придется изготовить сам змеевик. Для его изготовления нарежьте трубки на требуемую длину. Далее, используя угловые переходы, проведите их спайку в форме конструкции змеевика. Дальше, чтобы коллектор можно было подключить к системе водоснабжения, на края змеевика напаивайте сантехнические переходы размерами ¾. Существует несколько вариантов формы и конструкции змеевика, например, можно паять трубки в форме «лесенки» (если вы собрались реализовать такой вариант, тогда покупайте не угловые переходы, вам понадобятся тройники).

Сборка солнечного коллектора

Потом на заранее подготовленный лист металла вы наносите селективное покрытие черной матовой краской, сделать это желательно не меньше чем в пару слоев. Дождитесь, пока воздушный поток высушит краску, и начинайте пайку змеевика (с неокрашенной стороны). Вся конструкция змеевика должна быть припаяна по всей длине трубок, сделав это, вы гарантируете максимально эффективный теплообмен и как следствие – максимальную передачу тепла в систему водоснабжения. Если сделаете все правильно, собранный вами солнечный коллектор заработает так, как и было задумано.

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.

Как сделать селективное покрытие

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

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

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

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

Самодельная или заводская гелиосистема — что лучше

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

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

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

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

Преобразование энергии солнца в электричество

Солнечная энергетика развивается в двух направлениях, полупроводниковые преобразователи генерируют электрический ток из дневного света. Гелиосистема работает благодаря фотоэлементам, которые состоят из двух кремниевых пластин с разной проводимостью. В одной наблюдается избыток отрицательных частиц, в другой – недостаток. Под воздействием света между катодом и анодом начинается перемещение электронов и возникает ток. Современная технология позволяет выпускать моно- и поликристаллические кремниевые пластины, первые имеют более длительный срок эксплуатации и высокий КПД, вторые – низкую стоимость.

Производительность отдельного фотоэлемента имеет небольшое значение, поэтому из них набирают солнечные батареи. Простейший генератор энергии света – последовательная цепочка полупроводниковых пластин с суммарным напряжением. Распространенные фотоэлементы имеют параметры 3,6 А и 0,5 В. Стандартную конструкцию можно собрать из 36 таких пластин, которые будут генерировать ток 18 В, что соответствует примерно 60 Вт. Для увеличения силы тока несколько солнечных панелей соединяют параллельно, при этом возрастает мощность системы, а напряжение остается неизменным.

Фотоэлементы работают, как генераторы энергии в светлое время суток, при затемнении они превращаются в токоприемники, могут перегреться и выйти из строя. Чтобы защитить гелиоустановку от дневных потерь и разрядки аккумулятора ночью, к каждой панели последовательно подключают полупроводниковый диод.

Накапливают энергию, которую производят фотоэлементы, в аккумуляторах с меньшим напряжением. Так как солнечные батареи работают с перерывами при затемнении, то их подключают к емкости через контроллер. Он обеспечивает защиту от перезарядки аккумулятора и переключает систему на резистор. Для использования солнечного света в бытовой электрической сети в схему устанавливают инвертор, который преобразует постоянный ток в переменный.

Собрать солнечные батареи своими руками можно из готовых фотоэлементов и самодельной рамы:

1. Мощность системы определяют по предполагаемым нагрузкам, затем подсчитывают необходимое количество пластин и площадь, которую они будут занимать.

2. Дно неглубокого корпуса для размещения фотоэлементов выполняют из фанеры. В бортиках необходимо сделать отверстия для проветривания и выравнивания внутреннего давления.

3. Как подложку под пластины используют ДСП, а для защиты от атмосферных осадков применяют оргстекло, которое выдержит удары града.

4. Фотоэлементы выкладывают лицевой стороной на подложку так, чтобы между ними оставался зазор в 5 мм.

5. Соединительные проводники одной пластины размещают над точками пайки на тыльной стороне другой. Используют маломощный паяльник, припой и флюс.

6. Цепочки фотоэлементов скрепляют последовательно с помощью медной проволоки или специальной шины.

7. Панели переворачивают и вместе с подложкой устанавливают в корпус. Присоединяют диоды и выводят провода через отверстие в дне для подключения к аккумулятору.

8. Накрывают раму оргстеклом, герметизируют стыки силиконом. Производят контрольное испытание батареи.

Тип системы	Размер, мм	Материал поглотителя	Цена, рубли	Производитель
Плоский коллектор для сезонного подогрева воды:
Сокол Эффект-А	2000х1000	алюминий	16800	ОАО «ВПК НПО машиностроения»
Сокол Эффект-М	медь	19400
Светогрей стандарт 2	1980х920	18680	ООО «Эксморк»
ЯSolar	2065х1100	19700	ООО «Новый полюс»
Вакуумный всесезонный для ГВС и отопления:
30 трубок с рамой	2370х1430	медь	49900	SGVA (Китай)
SUNRAIN ES-R1 (30 шт)	2420х2010	39800	ООО «Корса»
SCH-30	2400х1900	61700	ANDI Grupp (Китай)
Батарея для производства электроэнергии:
CHN150-36M элементов 36, 150 Вт, 12 В	1480х670	кремний монокристалл	14780	Chinaland Solar Energy (Китай)
Exmork ФСМ-250М элементов 72, 250 Вт, 24В	1640х920	17750	Sunny Energy Science and Technology (Китай)
Exmork ФСМ-300П элементов 72, 300 Вт, 24В	1956х992	кремний поликристалл	19260

Классификация по температурным критериям

Существует достаточно большое количество критериев, по которым классифицируют те или иные конструкции гелиосистем. Однако для приборов которые можно сделать своими руками и использовать для горячего водоснабжения и отопления, наиболее рациональным будет разделение по виду теплоносителя.

Так, системы могут быть жидкостными и воздушными. Первый вид чаще применим.

Галерея изображений

Фото из

Шаг 1: Сборка коллектора из гофрированной трубы

Шаг 2: Окрашивание солнечного прибора в черный цвет

Шаг 3: Установка подводов для воздуха

Шаг 4: Изготовление крышки для солнечного прибора

Кроме этого часто используют классификацию по температуре, до которой могут нагреваться рабочие узлы коллектора:

1. Низкотемпературные. Варианты, способные нагревать теплоноситель до 50ºС. Применяются для подогрева воды в емкостях для полива, в ванных и душевых в летнее время и для повышения комфортных условий в прохладные весенне-осенние вечера.
2. Среднетемпературные. Обеспечивают температуру теплоносителя в 80ºС. Их можно использовать для обогрева помещений. Эти варианты наиболее подходят для обустройства частных домов.
3. Высокотемпературные. Температура теплоносителя в таких установках может доходить до 200-300ºС. Используются в промышленных масштабах, устанавливаются для обогрева производственных цехов, коммерческих зданий и др.

В высокотемпературных гелиосистемах используется довольно сложный процесс передачи тепловой энергии. К тому же они занимают внушительное пространство, чего не может позволить себе большинство наших любителей загородной жизни.

Процесс изготовления их трудоемок, реализация требует специализированного оборудования. Самостоятельно сделать подобный вариант гелиосистемы практически невозможно.

Высокотемпературные солнечные батареи на фотоэлектрических преобразователях в домашних условиях сделать довольно сложно

Принцип работы

Коллектор служит для нагревания воды за счет солнечной энергии. Такое устройство можно установить возле летнего душа или на крыше частного дома.

Заводские модели состоят из стеклянной внешней панели и расположенной под ними системы труб. За трубами есть утеплитель. Стекло способствует созданию внутри парникового эффекта.

Рукодельные модели из поликарбоната проще – вода в них нагревается в ячейках самого листа. Горячая жидкость уходит в бак, а на ее место автоматически поступает холодная. В солнечную погоду такой коллектор позволяет нагреть достаточное количество воды для купания нескольких человек.

Солнечный коллектор нагревает входящую в него по медным трубкам воду за счёт солнечной энергии

Порядок действий

Давайте рассмотрим, как сделать простой коллектор своими руками.

Подготовка

Для начала проведите замеры и определите, какую площадь вы можете отвести под устройство. Если крыша сделана из поликарбоната, стекла или подобных относительно непрочных материалов, коллектор не стоит делать слишком большим.

Весьма удобна конструкция, выполненная из двух пластин примерно 2,1х1 м. Один лист непосредственно нагревает жидкость, второй играет роль защитного покрытия. Поликарбонат должен быть только сотовым, желательно черным.

Рекомендованная толщина листа – 4 мм. Суммарная площадь сечения каналов при этом получается 35 см² на погонный метр, что примерно равно сечению трубы 6–7 см диаметром. Таким образом, 1 м² листа будет вмещать до 4 л воды. Лист толщиной 10 мм поместит до 10 л на 1 м².

Перед началом постройки солнечного коллектора следует составить подробную схему всей конструкции

Помимо поликарбоната, потребуются такие материалы:

• две канализационные трубы ПВХ длиной 2 м и диаметром 32 мм;
• 2 заглушки для труб;
• 2 гибких шланга с резьбовым соединением;
• 2 полипропиленовых уголка-фиттинга с металлической резьбой;
• лист пенопласта для утепления;
• оцинкованные профили из гипсокартона и поперечные рейки для рамы;
• силиконовый герметик.

Полипропиленовые уголки должны плотно входить в трубы, поэтому их лучше приобретать вместе.

Трубы их полипропилена в солнечном коллекторе скрепляются с помощью полипропиленовых уголков

Ширина профилей должна соответствовать суммарной толщине листов поликарбоната и пенопласта.

Также вам потребуется устройство для разрезания труб – болгарка или дрель с насадкой в виде пилы.

Если вам не удалось приобрести черные листы, потребуется соответствующая краска. Поликарбонат можно окрашивать нитроэмалью, акриловыми красками на основе воды или аэрозолями для пластика.

Сборка каркаса

Сборку коллектора проводят следующим образом:

Зажмите трубы струбцинами и сделайте на них разрезы, соответствующие длине будущего коллектора. Не задевайте края: начало и конец трубы должны оставаться целыми для подключения к системе.
Обработайте наждаком те участки поликарбоната, которые будут контактировать с трубой, – герметик лучше держится за шероховатую поверхность.
Вложите края листа в разрезы. Ячейки должны располагаться перпендикулярно трубе, чтобы в них заходила вода. Если пропил оказался слишком тесным, расширьте его. Также можно канцелярским ножом довести разрез до края трубы, после чего, двигаясь сбоку, постепенно загнать лист.
Загляните в трубу. Поликарбонат должен заходить внутрь не более чем на ¼ диаметра, иначе это ухудшит циркуляцию воды. По необходимости откорректируйте положение листа.
Обезжирьте место стыка и загерметизируйте его. Чтобы коллектор не протек, пройдите по разрезу 3–4 раза: в первый раз постарайтесь загнать герметик внутрь стыка, затем сформируйте наружный шов

Особое внимание уделите торцам. Новый слой герметика наносите после высыхания предыдущего

Если вы разрезали трубу до края, не забудьте тщательно обработать этот участок.
Если вы приобрели прозрачный поликарбонат, покрасьте его черной краской и оставьте на просушку.
Вложите в края труб уголки с резьбой и загерметизируйте место стыка. Противоположные края закройте заглушками.
При помощи шлангов и фитингов подключите коллектор к полному баку с водой. Тщательно проверьте все швы. Обнаруженные протечки загерметизируйте.
Сделайте из профилей раму с поперечными рейками. Уложите внутрь пенопласт и закрепите его шурупами. На него поместите коллектор. Вырежьте в профиле отверстия для шлангов и подключите их к уголкам. Закройте конструкцию защитным листом. Его прикрепляют к раме уголками и саморезами.
Подключите коллектор к накопительному баку для горячей воды и насосу для холодной.

Хотя использовать такой коллектор можно только летом, он все равно значительно сократит расходы на обогрев воды.