Солнечные водонагреватели

Солнечные водонагреватели

Даже недорогие солнечные водонагреватели позволяют закрыть потребность в горячей воде в течение всего весенне-осеннего сезона без дополнительных затрат на электричество и другие энергоносители. Особенно интересен опыт применения таких установок в дачных условиях и для обеспечения ГВС загородных домов при отсутствии доступа к центральным сетям электроснабжения. Даже в климатических условиях Ленинградской области солнечные вакуумные водонагреватели эффективно работают с апреля по октябрь месяц.

Представляем серию термосифонных солнечных нагревателей на основе коллектора из вакуумных трубок. Производительности представленных моделей достаточно для обеспечения горячей водой семьи из 3-6 человек и даже небольшого бассейна. Солнечный водонагреватель для дома легко смонтировать и просто обслуживать. А окупается такая установка всего за 1-2 года. Позвоните или оставьте заявку на сайте, и мы поможем подобрать модель под ваши условия эксплуатации.

Солнечный коллектор для нагрева воды

В данной статье мы поговорим об использовании энергии солнца для горячего водоснабжения.

  • Солнечные панели (батареи) или солнечные водонагреватели
  • Солнечные коллекторы прямого нагрева.
  • Солнечные водонагреватели косвенного нагрева.
  • Эффективность плоских и вакуумных коллекторов.
  • Главное при подборе солнечного коллектора для дома

Исторически Советские, а позже и Российские граждане были вынуждены закаляться «как сталь» отчасти в связи с хроническим отсутствием горячей воды, даже в больших городах. Тем не менее, на дворе 21 век и обеспечить себя горячим водоснабжением довольно просто, не прибегая к помощи водоканала и энергетических компаний. Солнечная энергия, которой вполне достаточно на поверхности земли, может эффективно использоваться для нагрева воды, необходимой для бытовых нужд.

Солнечные панели (батареи) или солнечные водонагреватели.

Существует два основных мнения о том, каким образом получать горячую воду в автономном здании. Первое мнение гласит о том, что для нагрева воды можно использовать солнечные батареи. Разумное зерно в таком подходе, безусловно, есть, ведь любой автономный дом уже оборудован солнечной электростанцией и ничего не мешает заложить мощность солнечного массива с учетом электрического бойлера, к тому же цена на солнечные фотоэлектрические модули снижается в последние годы. Данный метод годится, если только потребность в горячей воде не велика (50-100 литров/сутки), так как КПД солнечных батарей не велик (13-20%), к тому же существуют потери энергии при преобразовании энергии в самой солнечной электростанции. В результате, экономически получается очень не выгодно заниматься нагревом воды, используя электричество полученное от солнечных батарей.

Солнечные водонагреватели прямого нагрева.

Для нагрева большого количества воды (150 литров/сутки и более) целесообразно использовать устройства для прямого нагрева воды от солнечного излучения — солнечные водонагреватели, КПД превышает 90%. Существуют два основных типа солнечных водонагревателей для прямого нагрева воды с одноконтурной схемой:

  • плоские солнечные водонагреватели;
  • водонагреватели с вакуумными трубками.

Рис.1 Схема с естественной циркуляцией.

В плоских водонагревателях теплоизоляция жидкости от окружающей среды осуществляется за счет селективных покрытий фронтального стекла и теплоизоляционных материалов расположенных в нижней части водонагревателя. Нагрев происходит в медных трубках по которым течет вода.

В вакуумных солнечных коллекторах нагрев происходит за счет высокоселективного покрытия на поверхности внутренней колбы, как правило, вода нагревается внутри вакуумной трубки, а технический вакуум в межстеночном пространстве служит идеальным теплоизолятором.

Устройства для прямого нагрева воды (и плоские и вакуумные) используются как правило только сезонно (с мая по сентябрь) в безнапорных водонагревателях. Вода в них выступает и теплоносителем и потребляемым продуктом. Циркуляция осуществляется естественным образом. Соответственно, ограничение по времени использования (сезонность) сокращает места применения для таких водонагревателей (дачи, сезонные гостиницы и туристические базы отдыха, придорожные кафе, АЗС, опорные пункты ГАИ, пасеки, полевые сельскохозяйственные станы, удаленные от коммуникаций строительные площадки).

Как правило, безнапорные солнечные водонагреватели обоих типов изготавливаются уже в сборе с баками-аккумуляторами, в которых нагревается вода. Кроме этого утепление бака-аккумулятора позволяет сохранять теплую воду ночью и в прохладную погоду.

Рис.2 Фото безнапорного солнечного вакуумного водонагревателя.

Рис.3 Фото безнапорного плоского солнечного водонагревателя.

Солнечные водонагреватели косвенного нагрева.

Для горячего водоснабжения в круглогодичном режиме, в погодных условиях России, необходимо использовать солнечные водонагреватели косвенного нагрева с антифризом в качестве теплоносителя. Бак-аккумулятор в таких системах располагается отдельно от водонагревательной части системы и размещается в доме. По сложившейся традиции отдельный от бака солнечный водонагревательный элемент называется солнечным коллектором (плоским или вакуумным).

Рис.4 Фото плоского солнечного коллектора.

Рис.5 Фото вакуумного солнечного коллектора.

В схеме косвенного нагрева теплоноситель-антифриз циркулирует под давлением, создаваемым циркуляционным насосом в замкнутой трубопроводной системе (принудительная циркуляция). Нагревается в коллекторе от солнечного света, затем попадает в теплообменник (спираль из медной трубки), который расположен в баке-аккумуляторе. Там, контактируя с водой через стенки трубки, отдает тепло и возвращается в коллектор. Вода в баке аккумуляторе нагревается и из бака поступает в систему ГВС. Данная схема одинаково работает и для плоских коллекторов и для вакуумных.

Рис.6 Схема с принудительной циркуляцией.

Как наиболее эффективная чаще всего применяется схема с принудительной циркуляцией. Такая схема не накладывает ограничений на размещение оборудования и позволяет снизить диаметр трубопроводов. Однако для нормальной работы системы требуется блок автоматики с двумя термодатчиками (температура в бойлере и температура в солнечном коллекторе) и расширительным бачком. Задача автоматики — управлять насосом с целью предотвращения перегрева бойлера и сброса тепла в окружающую среду.

Эффективность плоских и вакуумных коллекторов.

Плоский солнечный коллектор имеет наиболее простую конструкцию и отлично подходит для использования в жарком климате с большим количеством солнечных дней и высоким уровнем инсоляции. Он состоит из слоя абсорбера, покрытого стеклом, который преобразовывает и передает уже тепловую энергию теплоносителю (последний циркулирует в трубках — тепловом контуре).

В регионах с более холодным климатом более эффективно использование вакуумного коллектора, особенностью конструкции которого является использование для нагрева вакуумных трубок с медной тепловой трубкой «Heat Pipe» внутри. Стеклянные трубки, благодаря своей цилиндрической форме, способны улавливать солнечные лучи более длительный промежуток времени (лучше использовать солнечный день), а используемое в их конструкции селективное покрытие улавливает даже рассеянное солнечное излучение. Благодаря этому они имеют большую эффективность в работе при установке в большинстве регионов нашей огромной страны.

Рис.7 График годовой производительности плоских коллекторов (зелёный график) и вакуумных коллекторов (синий график) в течение года.

В летнее время года, когда значения солнечной инсоляции и температуры окружающей среды достигают своего пика, работа плоского солнечного коллектора дает более ощутимый результат, а если в летнее время случаются похолодания или пасмурная погода, что для средней полосы России не редкость, то тогда эффективность солнечного вакуумного коллектора существенно выше. В осеннее-зимне-весенний период, когда утечка тепла с поверхности плоского коллектора в атмосферу увеличивается, преимущество в эффективности солнечного вакуумного коллектора увеличивается. Хотя КПД вакуумных трубок с медной тепловой трубкой «Heat Pipe» внутри не превышает 76%.

Читайте также  Сопротивление человека

Емкость бака-аккумулятора рассчитывается исходя из нормативов потребления горячей воды на душу населения. Но при расчете надо понимать, что нормативы приняты усредненные и потребление горячей воды семьи из 4-х человек, где три мужчины и женщина, будет существенно отличаться от потребления горячей воды, где три женщины и мужчина или от семьи с маленькими детьми.

Площадь солнечных коллекторов рассчитывается исходя из среднегодовой инсоляции в месте установки с учетом поправочного коэффициента зависящего от количества солнечных дней.

Отдельно необходимо отметить ориентацию солнечных коллекторов по сторонам света и по углу наклона к горизонту. Плоскость солнечного коллектора, не зависимо плоского или вакуумного, должна быть ориентирована строго на юг. Следите при установке за тем, чтобы при прохождении солнца по небосклону и летом и зимой плоскость коллектора не затенялась посторонними предметами. Угол наклона лучше устанавливать в наших широтах около 45 градусов.

Главное при подборе солнечного коллектора для дома это:

— Регион нахождения объекта. Определяет солнечное излучение, приходящееся на квадратный метр поверхности по месяцам в течение года. Соответственно располагая данными по затратам на ГВС, можно понять — сколько квадратных метров коллекторов для дома нам необходимо иметь;

— Количество постоянно проживающих. Определяет объем бака-накопителя исходя из норм потребления горячей воды на одного человека. Реально один человек в день расходует 50-100 литров горячей воды. Соответственно для семьи из трех человек можно рекомендовать бак-аккумулятор на 200-300 литров. Лучше брать с превышением требований для того, чтобы иметь резерв мощности. Обычно между объемом бака-накопителя и прилагающимися к нему в комплекте солнечными коллекторами для дома существует определенное среднее по эффективности соотношение для целей ГВС.

Подбирать оборудование исходя из потребностей «плохих» месяцев — НЕЛЬЗЯ. В противном случае Вы столкнетесь с проблемой утилизации излишней энергии в более солнечный дни.

Помним, что солнечные коллектора ни в коем случае не альтернатива сетевому газу или сетевому электричеству, а только возможность сильно сэкономить на горячем водоснабжении с их помощью.

Выбор материалов

Итак, определившись с концепцией будущего солнечного нагревателя для воды, перейдем к подбору материалов для теплообменника. Тут есть из чего выбирать, нагревательный контур можно сделать из:

  • медной трубки – идеальный вариант;
  • черных полимерных труб;
  • секций плоских стальных радиаторов;
  • алюминиевых трубок.

Примечание. Мастера – умельцы, давно воплотившие идею в жизнь у себя дома, применяли в качестве нагреваемого контура резиновый садовый шланг черного цвета или теплообменник от старого холодильника.

Сложнее всего определить теплообменную поверхность змеевика. Если вместо него взять стальные радиаторы, то долго думать не придется. Все равно больше 2 панелей в одном корпусе установить не получится, иначе конструкция будет слишком тяжелой. В остальных случаях солнечный водонагреватель, сделанный своими руками, надо рассчитывать экспериментальным путем. Солнечная активность в каждом регионе разная, также играет роль расположение дома и его ориентация в пространстве. Поэтому дать однозначные рекомендации о длине змеевика из такого-то материала затруднительно, ее надо определить индивидуально.

Для изготовления корпуса теплоприемника можно взять деревянные доски и лист фанеры, а вместо лицевой панели из стекла применить такой простой материал, как поликарбонат. Он прозрачен и достаточно прочен, разбить его не сможет даже сильный град.

Так что водонагреватель из поликарбоната выйдет ничем не хуже стеклянного. Что касается накопительного бака, то его можно смастерить из листового металла либо приобрести готовую пластмассовую или стальную емкость. Соединительные трубы проще всего поставить полимерные, например, из металлопластика.

Лучшие производители водонагревателей

Ну и напоследок, стоит подробно разобраться, а какие же лучше всего приобретать солнечные коллекторы для воды? Ну, во-первых, выгодная покупка зависит от некоторых факторов:

  • уровень теплоотдачи;
  • высокая цена;
  • срок действия;
  • время окупаемости.

Все коллекторы не работают одинаково. И если выбрать далеко не качественного производителя, то вы не только потеряете деньги, но и приобретете множество проблем. Например, такие, как понижение производительности, техника просто выйдет из строя. И для того, чтоб не возникало таких ситуаций, лучше добавить денег и купить качественный товар.

А у кого же покупать? Взглянем на небольшой список самых лучших и проверенных производителей:

  1. Atmosfera – страна производства, Украина. Данный производитель торгует всеми необходимыми коллекторами различных типов. Средняя цена бойлера – 20 тысяч рублей.
  2. Side – производитель, Китай. На данном рынке можно найти довольно большое количество их продукции, которая довольно достойного качества. Бойлеры данной марки набирают популярность.
  3. Vaillant auroSTEP plus – полную систему данного производителя можно часто встретить на рынке, и ее стоимость будет около 200000 рублей.
  4. SunRain – тоже, производитель Китай, который так же пытается заполонить рынок. Качество и этого производителя довольно неплохое, а главное стоимость бойлера около 40000 рублей.
  5. Solar – последняя фирма, которая завершит этот топ. Это Российский производитель, который занимает вполне приличное место на рынке. И цена у него варьируется в большом диапазоне.

Заводской вариант

Прежде, чем понять, как сделать солнечный водонагреватель своими руками, надо иметь представление о принципе функционирования подобного агрегата. Можно разобрать конструкцию по аналогу солнечного заводского водонагревателя.

  1. По внешнему виду агрегат напоминает батарею, которая собрана из отдельных составляющих. Элементы в ней представлены трубками, сделанными из стекла кварца наподобие всем известных ламп. Именно этот материал способен пропустить ультрафиолетовые волны (чего не может обычное стекло). Эта способность позволяет преобразовывать солнечную энергию даже в несолнечное время года.
  2. Внутри каждой из таких трубок спрятана другая – черного цвета с веществом (рабочим телом), которое будет испаряться при определенных температурных условиях.
  3. Внутри трубок абсолютный вакуум – это позволяет избежать теплопотерь.
  4. Концы каждого из таких деталей погружены в специальный коллектор, через который течет нагреваемая вода.

Как действует устройство

Функционирование всей этой задумки происходит по следующему алгоритму:

  1. Солнечные лучи превращают рабочее тело в паровую субстанцию, которая поднимается в верхнюю часть колбы.
  2. Поток воды будет нагреваться через стенку той тепловой энергией, которую отдаст ему рабочее тело.
  3. Исполнив свою миссию, пар снова становится жидкостью и стекает вниз, где все благополучно повторяется.
  4. Солнечный накопительный стандартный водонагреватель присоединен к змеевику, а тот ведет к бойлеру всей домашней отопительной системы.

Другие варианты передачи тепла

Понятно, что в вышеописанном случае никакой самодеятельности не проявишь. Однако есть и другой вариант безнапорного бойлера, работающего от солнца. Здесь передача тепла идет напрямую: медный змеевик помещается в прямоугольный корпус. Далее он подключается к баку-накопителю. Вода будет здесь циркулировать естественным способом и сразу нагреваться от лучей солнца, повышая теплоту и общего содержимого всей накопительной емкости. Труба змеевика прессуется в металлическую пластину, которая темного цвета. Она имеет дополнительную защиту от осадков при помощи прочного стекла.

Есть здесь и недостатки – такая конструкция будет хорошо работать только в безоблачную солнечную погоду.

Наконец, можно просто подключить солнечные батареи к обычному водонагревателю. Подобная конструкция оказывается очень дорогой в исполнении, но может работать круглый год.

Читайте также  Узо на розетку

Выбор материалов

Итак, определившись с концепцией будущего солнечного нагревателя для воды, перейдем к подбору материалов для теплообменника. Тут есть из чего выбирать, нагревательный контур можно сделать из:

  • медной трубки – идеальный вариант;
  • черных полимерных труб;
  • секций плоских стальных радиаторов;
  • алюминиевых трубок.

Примечание. Мастера – умельцы, давно воплотившие идею в жизнь у себя дома, применяли в качестве нагреваемого контура резиновый садовый шланг черного цвета или теплообменник от старого холодильника.

Сложнее всего определить теплообменную поверхность змеевика. Если вместо него взять стальные радиаторы, то долго думать не придется. Все равно больше 2 панелей в одном корпусе установить не получится, иначе конструкция будет слишком тяжелой. В остальных случаях солнечный водонагреватель, сделанный своими руками, надо рассчитывать экспериментальным путем. Солнечная активность в каждом регионе разная, также играет роль расположение дома и его ориентация в пространстве. Поэтому дать однозначные рекомендации о длине змеевика из такого-то материала затруднительно, ее надо определить индивидуально.

Для изготовления корпуса теплоприемника можно взять деревянные доски и лист фанеры, а вместо лицевой панели из стекла применить такой простой материал, как поликарбонат. Он прозрачен и достаточно прочен, разбить его не сможет даже сильный град.

Так что водонагреватель из поликарбоната выйдет ничем не хуже стеклянного. Что касается накопительного бака, то его можно смастерить из листового металла либо приобрести готовую пластмассовую или стальную емкость. Соединительные трубы проще всего поставить полимерные, например, из металлопластика.

Солнечный нагреватель воды своими руками

Рассмотрим подробнее схему, как сделать два варианта солнечных водонагревателей для отопления дома своими руками.

  1. В стороне, которая будет снизу, сверлится отверстие.
  2. Устанавливается выходной патрубок.
  3. На патрубке навинчивается запорный кран. Можно установить насадку – душ.
  4. Прорезается отверстие в верхней стороне бака.
  5. По размеру делается крышка любой конструкции. Лишь бы в воду не попадал мусор.
  6. Снаружи бак окрашивается тёмной краской, подойдёт кузбасслак.

Если резервуар планируется подключать к водопроводу в доме, в нём делаются отверстия, в которые герметично врезаются трубы, подводящие холодную воду, и отводящие тёплую. Каждый отрезок водопровода снабжается запорной арматурой. В дальнейшем, такая система будет работать под контролем человека: открыть вентиль, чтобы наполнить бак, вовремя закрыть.

Типы солнечных водонагревателей

Делятся на 2 подвида:

  • Активные
  • Пассивные

У первого вида задействован насос для быстрого темпа циркуляции жидкости, второй вид не имеет насоса и вода идёт под своим напором, как правило, медленным.

Пассивные системы работают благодаря естественной гравитации без помощи, каких либо посторонних приспособлений. Поток воды зависит от разной плотности холодного и уже нагретого теплоносителя. Гораздо дешевле на современном рынке в отличие от активного вида нагревателей и лёгкие в самостоятельной сборке. Во многом теряют свою эффективность из-за отсутствия насоса, так как циркуляция в системе минимальна.

Активные системы привлекают к себе большое внимание благодаря своим функциям и расширенным возможностям. Активные системы используют электрические насосы, а также такие немаловажные детали как клапаны и контроллёры для циркуляции теплоносителя. Обладают высокой эффективностью, но гораздо сложнее в самостоятельной сделке и дороже на рынке.

Активные системы делятся на несколько видов:

  • С открытым контуром.Имеют в своей сборке насос, который циркулирует воду через коллекторы. Имеют большую популярность в регионах с температурой выше ноля на протяжении всего года, но характеристики разрешают эксплуатация от -20 градусов по Цельсию.
  • С закрытым контуром.В системах такого типа в качестве теплоносителя нельзя использовать обычную воду, как правило, для этого предназначен водно-гликолевый антифриз. Такой тип солнечного водонагревателя передаёт максимально нагретую воду. Имеют широкое распространение в холодных климатически зонах, где температура чаще всего ниже ноля, так как имеют отличную защиту от замерзания воды.

Как сделать работу своими руками

Как мы уже писали, изготовить СВ можно из разных материалов и разными способами.

Из конденсатора холодильника

Он является готовым абсорбером — поглотителем пара. Однако изготовить теплообменник можно еще из таких материалов:

  • медных трубок;
  • шлангов;
  • полимерных, алюминиевых труб;
  • пластиковых бутылок.

Остановимся на конденсаторе. Для изготовления батареи вам понадобится:

  • Деревянные планки или брусья. Нужно сделать корпус, в который поместится конденсатор.
  • Стекло.
  • Светоотражающий материал (фольга).
  • Подкладка из резины, размерами больше, чем змеевик.
  • Трубопровод.
  • Герметик.
  • Теплоизоляция.

Снимите решетку с задней стенки старого холодильника. Ее следует хорошо почистить и помыть, поскольку внутри находился хладагент. Из деревянных брусков выполните каркас. Подкладкой послужит резина. Поверх уложите теплоизоляцию и лист светоотражающего материала. Все щели тщательно герметизируйте.

Теперь установите конденсатор и закрепите его на месте. Сверху — лист из стекла. Закрепить конструкцию можно скотчем. Для подвода воды организуйте отверстия. Сверху и снизу стекла можно закрутить саморезы или шурупы, поскольку нагреватель будет устанавливаться с наклоном.

Подведите воду и опробуйте изделие.

Нагреватель из труб

Это простая схема позволяет быстро нагревать воду. Благодаря легкости соединения площадь установки может быть любых размеров. Их можно использовать для отопления и хозяйственных нужд.

  • Трубы из поликарбоната, полиэтилена, полипропилена, металлопластика.
  • Брус для рамы (габариты в зависимости от площади установки).
  • Лист фанеры.
  • Уголки.
  • Переходник.
  • Тройник.
  • Впускной и обратный клапан.
  • Сливной кран.
  • Лист металла.
  • Профили из алюминия.
  • Доска.
  • Стекло.
  • Песок.
  • Гидроизоляция.
  • Основа.

  • Определитесь с местом установки — оно должно быть самым солнечным.
  • С помощью песка и грунта уплотните почву. В качестве основы можно использовать тротуарную плитку.
  • Используя брус и уголки, соберите каркас. Заднюю часть укрепите брусом, продольно закрепив его на основу. К передней части прикрепите фанеру. Закончите корпус креплением досок с отверстиями для стекла.
  • На корпусе установите стекло.
  • Сверху закрепите листы из металла. Покрасьте поверхности черной краской.
  • Организуйте крепления для труб и установите их на расстоянии 40 мм друг от друга. Соберите конструкцию с помощью уголков и штуцеров.
  • Проделайте два отверстия для подвода воды, установите тройники и выполните подключение. Проверьте систему на герметичность.

Всесезонная конструкция

Этот способ наиболее сложный технически. Однако он позволяет эксплуатировать нагреватель и летом, и зимой. В качестве теплоносителя используются трубки с разряженной средой.

Жидкость должна циркулировать сверху вниз:

  • Соорудите металлический каркас необходимой площади. Можно сразу закрепить его на крыше анкерными болтами.
  • Подключите водовод и установите термодатчик.
  • Монтируйте нагреватель: трубу из меди оберните листом алюминия. Конструкцию вставьте в стеклянную трубу. Снизу установите чашку для фиксации и пыльник.
  • Металлическую часть трубы установите в конденсатор из латуни.
  • Организуйте монтажный блок и подключите к нему электричество. Рядом с термодатчиком монтируйте воздухоотвод.
  • Выставите нужные параметры и протестируйте конструкцию.

Из шланга

Это самый простой и экономичный способ для организации солнечного бойлера, согласно отзывам пользователей. В качестве основы возьмите каркас в форме пирамиды либо изготовьте его из труб с помощью сварки. На каркасе выложите кругами шланг. Чтобы он держался, поставьте пластиковые хомуты или клипсы. Жидкость должна двигаться в такой системе под давлением. Сверху укройте конструкцию пленкой.

Читайте также  Дом на воде

Преимущества установки СВ:

  • Эффективная работа при полной нагрузке.
  • Полная готовность к эксплуатации.
  • Быстрая окупаемость затрат на материалы.
  • Экономия электроэнергии.

Можно использовать классический прием для изготовления бойлера — черные бочки из пластика. Установить их можно над душем или в другом удобном месте.

  • Нужно точно рассчитать нагрузку на изделие, которая должна равняться ежедневному потреблению.
  • Если вы изготавливаете прибор из баков, предусматривайте дополнительную термоизоляцию.
  • Трубы, которые ведут в бак, должны быть не слишком длинные, чтобы вода быстрее поступала в бак и не успевала остыть.

Изготовление солнечного нагревателя еще раз подтверждает — в мире есть энергия, за которую не нужно платить. Экономьте на топливе и сохраняйте окружающую среду.