Важко не думати про перевитрату, коли приймаєш душ, миєш посуд або вмикаєш опалення в заміському будинку, особливо якщо газ підвести не вдається. Заощадити кошти на підігріві води можна за допомогою геліосистеми, основним елементом якої є сонячний колектор. Нескладна конструкція здатна поглинати інфрачервоне випромінювання і передавати енергію теплоносія. Нагрівальні геліоустановки використовують в місцях, віддалених від централізованого водопостачання - заміських котеджах, невеликих басейнах і теплицях на дачних ділянках, в туристичних трейлерах.
Зміст:
- Що являє собою колектор?
- Збірка своїми руками по кроках
- Огляд інших можливих варіантів обігріву
- Особливості функціонування батарей і ціна виробів
Конструкція, види і принцип роботи
Пояснити, що таке сонячний колектор, допоможе схема пристрою і принцип роботи геліоустановки. За конструктивними особливостями розрізняють вакуумні і плоскі системи для підігріву води та опалення. Перший тип сонячної установки складається з набору прозорих колб з боросилікатного скла, всередині яких розташовані мідні трубки. У другому варіанті колектора поглиначем інфрачервоного спектра виступає листової абсорбер. Вакуумна технологія має високий ККД, трубна модель займає меншу площу, але зібрати своїми руками легше плоский водонагрівач.
Циліндрична форма трубчастої системи вловлює розсіяні потоки світла, при цьому вакуум під зовнішньою оболонкою запобігає теплові втрати. Холодна вода надходить у нижню частину під дією насоса. Мідні трубки з темним покриттям поглинають тепло інфрачервоного випромінювання, вода або рідина нагрівається і піднімається в бак-накопичувач або рекуператор. Використовують вакуумний сонячний колектор для опалення будинку та підігріву води в зимовий період.
Плоский колектор складається з поглинача - листової міді або алюмінію, покритого чорною фарбою або напівпровідникових напиленням. Абсорбер спаяний з системою мідних трубок і ув'язнений в ізольовану знизу раму. Верхнє покриття колектора виконують з матового скла, так як воно не відбиває сонячні промені. Поглинене мідною пластиною, тепло передається на труби і нагріває воду, яка надходить в бак-акумулятор для розподілу на побутові потреби.
Для рівномірного нагріву теплоносія труби укладають змійкою, що виключає протікання через сполучні гільзи. У соматичних конструкціях бак-накопичувач у своєму розпорядженні вище колектора, при нагріванні вода піднімається і наповнює ємність. Примусові установки комплектують насосами. Гаряча вода може подаватися в систему водопостачання або служити теплоносієм. У накопичувальному баку для цих цілей необхідно зробити мідний змійовик.
До переваг плоского колектора відносяться: міцність конструкції, проста схема, щоб виготовити пристрій самому, ефективність нагріву води при плюсовій температурі повітря, низька вартість. Недоліком є великі тепловтрати і неможливість використання в зимовий період для опалення.
Виготовлення конструкції плоского типу
На дачній або заміській ділянці для побутових потреб сім'ї з трьох осіб досить встановити водонагрівач площею 2 м2 для бака на 200 л. Щоб зібрати сонячний колектор своїми силами, знадобляться:
- корпус абсорбера з фанери і дерев'яних планок;
- листова сталь, мідь або алюміній для поглинача сонячної енергії;
- решітка з суцільнотягнутих труб для теплоносія;
- ізоляційний матеріал (мінеральна вата, Пенофол, пінопласт);
- скло товщиною більше 5 мм;
- ємність на 200 л;
- 6-7 м мідної трубки для теплообмінника;
- термостійкий чорна фарба;
- інструменти для робіт по дереву і металу, зварювальний апарат, кріпильні матеріали, силікон.
Для економії коштів можна обійтися без металевого абсорбера, а в якості поглинача інфрачервоного випромінювання використовувати задню стінку дерев'яного корпусу, яку необхідно пофарбувати в чорний колір. Мідні труби замінюють поліпропіленовими. Вартість трійників для їх з'єднання набагато нижче зварювальних робіт.
Виготовити сонячний колектор своїми руками допоможе поетапна інструкція:
- З металевих труб зварюють ґрати для теплоносія.
- Якщо є металевий лист абсорбера, до нього приварюють грати з труб.
- За кресленнями розкроюють фанеру і монтують корпус.
- Якщо використовують пластикові труби, їх закріплюють за допомогою кліпсів на основі і з'єднують між собою фітингами.
- Корпус і грати з абсорбером покривають чорною фарбою.
- Під листової поглинач прокладають ізоляцію або утеплюють нагрівач із зовнішнього боку.
- Для кріплення скла по периметру корпусу набивають раму з планок, в яких просвердлюють вхідні і вихідні отвори для труб.
- Скляні частини верхнього покриття колектора з'єднують алюмінієвими куточками.
- Проводять герметизацію силіконом.
Технологія виготовлення теплообмінника полягає в утепленні бака-накопичувача, організації вхідного і вихідного отвори для мідного змійовика, по якому буде циркулювати теплоносій. Встановлюють колектор на опору з брусів 50х50 мм, скріплених металевими куточками, так як вага конструкції навіть без води досить значний.
Колектори з нетрадиційних матеріалів
Загальна схема і керівництво по виготовленню класичного сонячного водонагрівача дає простір для самостійного моделювання конструкції за допомогою підручних засобів, стільникового полікарбонату, пластикового шланга. Зробити самому невеликої колектор можна з фреонового контуру старого холодильника. Змійовик закріплюють в рамі, задню стінку ізолюють, а зверху накривають склом.
Найпростіший нагрівач для басейну на дачній ділянці можна зробити за допомогою садового шланга, який скручують спіраллю і укладають на пінопластовий ізолятор. Скло створює парниковий ефект і пластикова труба швидко нагрівається. Щоб збільшити продуктивність системи, кілька спіралей з'єднують послідовно між собою.
Зібрати самому легкий і міцний сонячний колектор з полікарбонату не складе труднощів, якщо купити:
- стільникові листи полікарбонату 1000х2000 мм завтовшки 4 мм - 2 шт (для теплоносія і захисного покриття);
- пінопласт для ізоляції задньої стінки;
- 2 м труби ПВХ діаметром 32 мм - 2 шт;
- заглушки і куточки з різьбленням для труб - по 2 шт.
Виготовити водонагрівач з полікарбонату допоможе інструкція:
1. Зробити креслення і зібрати опорну раму, слідуючи керівництву по роботі з деревиною.
2. За допомогою дрилі з дисковою насадкою в трубах необхідно зробити поздовжні пропили по ширині листа полікарбонату.
3. Краї полікарбонату обробляють наждачним папером і знежирюють.
4. У розрізи вставляють пластини так, щоб вони не перекривали просвіт в трубі.
5. Стики герметизують термоклеем для пластику.
6. Фарбують чорною фарбою.
7. Підключають фітинги та проводять випробування.
Перетворення енергії сонця в електрику
Сонячна енергетика розвивається в двох напрямках, напівпровідникові перетворювачі генерують електричний струм з денного світла. Геліосистема працює завдяки фотоелементів, які складаються з двох кремнієвих пластин з різною провідністю. В одній спостерігається надлишок негативних частинок, в іншій - недолік. Під впливом світла між катодом і анодом починається переміщення електронів і виникає струм. Сучасна технологія дозволяє випускати моно- і полікристалічні кремнієві пластини, перші мають більш тривалий термін експлуатації і високий ККД, другі - низьку вартість.
Продуктивність окремого фотоелемента має невелике значення, тому з них набирають сонячні батареї. Найпростіший генератор енергії світла - послідовна ланцюжок напівпровідникових пластин з сумарним напругою. Поширені фотоелементи мають параметри 3,6 А і 0,5 В. Стандартну конструкцію можна зібрати з 36 таких пластин, які будуть генерувати струм 18 В, що відповідає приблизно 60 Вт. Для збільшення сили струму кілька сонячних панелей з'єднують паралельно, при цьому зростає потужність системи, а напруга залишається незмінним.
Фотоелементи працюють, як генератори енергії в світлий час доби, при затемненні вони перетворюються в струмоприймачі, можуть перегрітися і вийти з ладу. Щоб захистити геліоустановку від денних втрат і розрядки акумулятора вночі, до кожної панелі послідовно підключають напівпровідниковий діод.
Накопичують енергію, яку виробляють фотоелементи, в акумуляторах з меншою напругою. Так як сонячні батареї працюють з перервами при затемненні, то їх підключають до ємності через контролер. Він забезпечує захист від перезарядки акумулятора і перемикає систему на резистор. Для використання сонячного світла в побутової електричної мережі в схему встановлюють інвертор, який перетворює постійний струм в змінний.
Зібрати сонячні батареї своїми руками можна з готових фотоелементів і саморобної рами:
1. Потужність системи визначають по передбачуваних навантажень, потім підраховують необхідну кількість пластин і площа, яку вони будуть займати.
2. Дно неглибокого корпусу для розміщення фотоелементів виконують з фанери. У бортах необхідно зробити отвори для провітрювання і вирівнювання внутрішнього тиску.
3. Як підкладку під пластини використовують ДСП, а для захисту від атмосферних опадів застосовують оргскло, яке витримає удари граду.
4. Фотоелементи викладають лицьовою стороною на підкладку так, щоб між ними залишався зазор в 5 мм.
5. Сполучні провідники однієї пластини розміщують над точками пайки на тильній стороні іншої. Використовують малопотужний паяльник, припой і флюс.
6. Ланцюжки фотоелементів скріплюють послідовно за допомогою мідного дроту або спеціальної шини.
7. Панелі перевертають і разом з підкладкою встановлюють в корпус. Приєднують діоди і виводять проводу через отвір в дні для підключення до акумулятора.
8. Накривають раму оргстеклом, герметизують стики силіконом. Проводять контрольне випробування батареї.
Купити готовий сонячний колектор або батарею можна за ціною російських і китайських виробників:
Тип системи Розмір, мм Матеріал поглинача Ціна, рублі Виробник Плоский колектор для сезонного підігріву води: Сокіл Ефект-А 2000х1000 алюміній 16800 ВАТ «ВПК НПО машинобудування» Сокіл Ефект-М мідь 19400 Светогрей стандарт 2 1980х920 18680 ТОВ «Ексморк» ЯSolar 2065х1100 19700 ТОВ «Новий полюс» Вакуумний всесезонний для ГВП та опалення: 30 трубок з рамою 2370х1430 мідь 49900 SGVA (Китай) SUNRAIN ES-R1 (30 шт) 2420х2010 39800 ТОВ «Корса» SCH-30
2400х1900 61700 ANDI Grupp (Китай) Батарея для виробництва електроенергії: CHN150-36M елементів 36, 150 Вт, 12 В 1480х670 кремній монокристал 14780 Chinaland Solar Energy (Китай)
Exmork ФСМ-250М елементів 72, 250 Вт, 24В 1640х920 17750 Sunny Energy Science and Technology (Китай) Exmork ФСМ-300П елементів 72, 300 Вт, 24В 1956х992 кремній полікристал 19260