Солнечный коллектор из пластиковых бутылок своими руками инструктаж по сооружению

Концепция проекта

Суть солнечного коллектора заключается в том, что холодная вода из резервуара поступает самотеком в коллектор. Нагретая вода поднимается по каналам вверх и поступает обратно в резервуар. Таким образом, создается естественная циркуляция в замкнутой системе.

Коллектор изготавливается из листа поликарбоната или другого пластика с полыми квадратами внутри, идущими вдоль. Чтобы увеличить поглощение солнечного света и повысить производительность коллектора (скорость нагревания воды), пластик можно выкрасить в черный цвет. Но здесь важно помнить, что лист изготовлен из довольно тонкого поликарбоната, поэтому при сильном нагреве при отсутствии циркуляции, он может размягчиться или деформироваться, что повлечет за собой протечки воды.

Также стоит отметить, что данное приспособление не подходит для установки в жилых помещениях с целью горячего водоснабжения. Этот экспериментальный проект скорее подходит для оборудования летнего душа на дачном участке.

Насколько выгодно иметь солнечный коллектор?

Применение солнечного коллектора, конечно, даст определенные преимущества — это:

• экономия искусственных энергоресурсов;
• полный отказ от них, если у вас небольшая дача или объем потребляемой воды и отопления небольшой;
• возможность сократить расходы на приобретении готового прибора, если собрать коллектор своими руками из подручных материалов;
• получение нужной энергии для оформления горячего водоснабжения и отопления, если централизованные сети расположены вдалеке от вашей дачи и отсутствует возможность подключиться к магистрали.                                                 
  

  Важно! В то же время учтите, что для максимально эффективной отдачи тепла, потребуется достаточно большая площадь коллектора. Устанавливают их по этой причине в основном на крыше дома, а это повлечет снижение эстетической привлекательности кровли. В дополнение отметим, что полностью отказаться от энергоресурсов в случае, когда дом большой площади, а семья у вас большая, вряд ли удастся.                                                                                                                                                                                                                                      

Инструменты и материалы

Из инструментов потребуется:

• Дисковая и ручная пила.
• Электродрель.
• Нож.
• Рулетка.
• Отвертка.
• Пистолет для силиконового клея.
• Строительный степлер.

Материалы для коллектора:

• Лист поликарбоната с полыми каналами.
• Трубка из АБС-пластика.
• 4 заглушки на трубки.
• 2 ½ дюймовых пластиковых ниппеля с резьбой и штуцером для шланга.
• Туба силиконового герметика.
• Баллончик с краской, если планируется окрашивание.

Материалы для рамы:

• 1 лист фанеры.
• Лист пенополистирола. Также можно использовать квадраты пенопласта.
• Деревянный брус сечением 100×100 мм.
• Полиэтиленовая пленка, скотч.
• Болты, гайки, шайбы, скобы для крепления.

Материалы для организации циркуляции воды:

• Подходящий резервуар или емкость для воды.
• Для подключения резервуара потребуется садовый шланг, длина которого зависит от удаленности емкости с водой от самого коллектора.
• Несколько хомутов для подсоединения шланга.

Для наглядности тестирования работоспособности водогрейного коллектора я использовал цифровой термометр.

Какие бывают солнечные коллекторы?

Классификация видов солнечных коллекторов осуществляется по нескольким принципам. Первый из них — это производительность. Определяющим критерием служит температура, которая может достигаться пластинами, извлекающими энергии.                    

По этому принципу различают солнечные коллекторы:

1. Высоких температур — это преимущественно промышленные коллекторы, которые собрать в домашних условиях не удастся.
2. Средних температур. Такие приборы способны нагревать воду до 80С. Благодаря этому они вполне пригодны для использования в контурах отопления.
3. Низких температур — компактные устройства, с помощью которых можно нагреть небольшой объем воды до 50С.
   

   Важно! При выборе подходящего варианта солнечного коллектора, ориентируйтесь на следующие стандартные требования: прибор должен обеспечивать объем в 100 литров воды на 1 человека в сутки, хотя средний показательно потребления — 30-50л. Для производительности каждых 100л температурой в 45-50С потребуется площадь устройства в 2 м2.                            

В зависимости от формы и функциональных возможностей, различают следующие варианты конструкционных решений:

1. Плоский солнечный коллектор. Такой прибор представляет собой плоский ящик, чаще всего из металла. Внутри его размещается черная пластина, которая и притягивает солнечный свет. Ящик закрывается стеклянной крышкой, которое усиливает эффективность подачи энергии на саму пластину. Невысокий КПД всего в 10% можно повысить за счет использования дополнительного слоя из аморфного полупроводника.
   

   Важно! Плюсы этого коллектора заключаются в минимальных затратах на сборку, возможности установки под любым углом, высокой производительности летом и свойству самоочищения от снега и наледи. Устанавливают их преимущественно при оформлении отопительных систем в помещениях, для различных бытовых нужд и подогрева бассейнов.                      

2. Вакуумный трубчатый солнечный коллектор. Основной конструктивный элемент таких систем — это стеклянные трубки с высокоселективным покрытием. Они предназначены для улавливания солнечной энергии, а также служат непосредственным проводником тепла. При конструировании трубки распределяются по площади — одни находятся снаружи, другие внутри. Между ними вакуум, который обеспечивает длительное сохранение полученного тепла. Высокая герметичность прибора достигается за счет установки многослойного стекла.
   

   Важно! Такие устройства достаточно эффективны даже при небольшой освещенности или при низкой температуре. Кроме этого, есть и другие неоспоримые достоинства — небольшая парусность, простота сборки, длительный период эксплуатации коллектора в круглосуточном режиме, низкая теплопотеря.

По типу теплоносителя различают такие приборы:

1. Жидкостный (водяной) солнечный коллектор. В этих системах циркулирует жидкость. В зависимости от сложности конструкции и предъявляемых требований к эффективности КПД, оформляться они могут с разомкнутыми и замкнутыми контурами теплообмена, с остеклением и без него.
2. Воздушный солнечный коллектор. Этот тип отличается тем, что нагревается не вода, а сам воздух. Используются они в основном для сушки с/х продукции. Для повышения качества результата могут оснащаться вентиляторами для принудительной конвекции, из-за чего в обслуживании становятся более дорогими. Главное достоинство воздушных коллекторов в том, что они не замерзают зимой.
   

   Важно! Помимо этих разновидностей существует еще целый ряд более сложных конструкций, которые используются в основном для решения более масштабных задач.                                                           

Изготовление рамки и сборка панели

Изготовление солнечного прибора собственными руками – увлекательный процесс, приносящий массу выгод. Благодаря ему можно рационально применять бесплатное солнечное излучение, решить несколько важных хозяйственных задач. Разберем специфику создания плоского коллектора, поставляющего в отопительную систему нагретую воду.

Наиболее простой и доступный материал для самостоятельной сборки корпуса солнечного коллектора – деревянный брусок с доской, фанерой, плитами ОСП или подобными вариантами. В качестве альтернативы можно применить стальной или алюминиевый профиль с аналогичными листами. Металлический корпус обойдется несколько дороже.

Материалы должны соответствовать требованиям, которые предъявляются к конструкциям, используемым на открытом воздухе. Срок эксплуатации солнечного коллектора варьируется от 20 до 30 лет.

А значит, материалы должны обладать определенным набором эксплуатационных характеристик, которые позволят использовать конструкцию в течении всего срока.

Если корпус выполнять из дерева, то долговечность материала можно обеспечить путем пропитки водно-полимерными эмульсиями и покрытием лакокрасочными материалами.

Основным принципом, которым следует руководствоваться при проектировании и сборке солнечного коллектора, является доступность материалов в отношении цены и возможности приобрести. То есть, их можно либо найти в свободной продаже, либо самостоятельно изготовить из доступных подручных средств.

Для предотвращения потерь тепловой энергии на дно короба монтируется изоляционный материал. Это может быть пенопласт либо минеральная вата. Современная промышленность выпускает достаточно обширную номенклатуры изоляционных материалов.

Для утепления короба можно использовать фольгированные варианты утеплителей. Таким образом можно обеспечить и теплоизоляцию и отражение солнечных лучей от фольгированной поверхности.

Если в качестве изоляционного материала используется жесткая плита пенопласта или пенополистирола, для укладки змеевика или системы труб можно вырезать канавки. Обычно абсорбер коллектора укладывается на теплоизоляцию сверху и накрепко фиксируется к днищу корпуса способом, зависящим от использованного в изготовлении корпуса материала.

Это абсорбирующий элемент. Он представляет собой систему труб, в которых происходит нагрев теплоносителя, и деталей, выполненных чаще всего из листовой меди. Оптимальным материалов для изготовления теплоприемника считаются медные трубы.

Домашние мастера изобрели более дешевый вариант – спиральный теплообменник из полипропиленовых труб.

Интересное бюджетное решение – абсорбер гелиосистемы из гибкой полимерной трубы. Для соединения с устройствами на входе и выходе применяются подходящие фитингиВыбор подручных средств, из которых можно изготовить теплообменник солнечного коллектора, достаточно широк. Это может быть теплообменник старого холодильника, полиэтиленовые водопроводные трубы, стальные панельные радиаторы и пр.

Важным критерием эффективности выступает теплопроводность материала, из которого изготовлен теплообменник.

Для самостоятельного изготовления оптимальным вариантом является медь. Она обладает теплопроводностью, которая составляет 394 Вт/м². У алюминия этот параметр варьируется от 202 до 236 Вт/м².

Однако большая разница в параметрах теплопроводности между медными и полипропиленовыми трубами вовсе не означает, что теплообменник с медными трубами будет выдавать в сотни раз большие объемы горячей воды.

При равных условиях производительность теплообменника из медных труб будет на 20% эффективнее, нежели производительность металлопластиковых вариантов. Так что теплообменники, изготовленные из полимерных труб, имеют право на жизнь. К тому же такие варианты обойдутся гораздо дешевле.

Вне зависимости от материала труб, все соединения как сварные, так и резьбовые, должны быть герметичны. Трубы можно располагать как параллельно друг к другу, так и в виде змеевика.

Схема по типу змеевика уменьшает количество соединений – это снижает вероятность протечек и обеспечивает более равномерное движение потока теплоносителя.

Верх короба, в котором находится теплообменник, закрывается стеклом. В качестве альтернативы можно использовать современные материалы, типа акрилового аналога или монолитного поликарбоната. Светопрозрачный материал может быть не гладким, а рифленым или матовым.

Такая обработка снижает отражающие способности материала. Кроме того, этот материал должен выдерживать значительные механические нагрузки.

В промышленных образцах подобных гелиосистем используется специальное солярное стекло. Такое стекло характеризуется низким содержанием железа, что обеспечивает меньшие потери тепловой энергии.

В качестве накопительного бака можно использовать любую емкость с объемом от 20 до 40 литров. Подойдет ряд несколько меньших по объему резервуаров, соединенных трубами в последовательную цепочку. Накопительный бак рекомендовано утеплять, т.к. нагретая на солнце вода в емкости без изоляции будет быстро терять тепловую энергию.

По сути, теплоноситель в отопительной гелиосистеме должен циркулировать без аккумуляции, т.к. полученную от него тепловую энергию нужно расходовать в период получения. Накопительная емкость скорее выполняет функцию распределителя нагретой воды и аванкамеры, поддерживающей стабильность давления в системе.

После изготовления коллектора и подготовки всех составляющих конструкционных элементов системы можно приступать к непосредственному монтажу.

Работа начинается с установки аванкамеры, которую, как правило, размещают в самой высокой из возможных точке: на чердаке, отдельно стоящей вышке, эстакаде и т.д.

При монтаже следует учесть, что после заполнения жидким теплоносителем системы, эта часть конструкции будет иметь внушительный вес. Поэтому следует убедиться в надежности перекрытия или усилить его.

После установки емкости приступают к установке коллектора. Этот конструкционный элемент системы располагают на южной стороне. Угол наклона относительно линии горизонта должен составлять от 35 до 45 градусов.

После установки всех элементов их обвязывают трубами, соединяя в единую гидравлическую систему. Герметичность гидравлической системы является важным критерием, от которого зависит эффективная работа солнечного коллектора.

Как сделать солнечный коллектор своими руками?

Сделать солнечный коллектор для отопления или для горячего водоснабжения не так сложно, как вы могли себе предположить. Ниже изложено несколько вариантов — и наиболее простых конструкций, и более сложных, но эффективных. Какую из них выбрать, определите самостоятельно, исходя из личных требований, наличия того или иного материала и профессиональных строительных навыков.

Вы, наверное, не раз, при обработке собственного участка в летнее время замечали, что если поливать клумбу из шланга, который долго пролежал на солнце, из него будет течь довольно теплая вода. На основе этого наблюдения и была разработана следующая конструкция.

Инструкция сборки:

1. Купите один или несколько труб сечением в 20-25 мм подходящей длины — 50, 100, 150, 200 метров из полиэтилена или же обычный шланг темного цвета с такими же характеристиками.
2. Уложите трубу спиралью на пологом участке на крыше дома или же непосредственно на земле.
   

   Важно! Учтите, что армированные ПВХ шланги для этой идеи не годятся, так как они имеют слишком толстые стены.                                                                                                                         

Если уклон кровли достаточно резкий, сделайте дополнительные действия:

1. Сделайте короб для фиксирования свернутого шланга, используя фанерные листы толщиной в 6 мм и бруски сечением 40*40 мм.
2. Обработайте готовую основу антисептиком.
3. Покрасьте короб в черный цвет.
4. Уложите внутрь шланг по спирали.
5. Зафиксируйте положение витков металлическими или пластиковыми хомутами, обычными или шиферными кровельными гвоздями, вбивая их между кольцами трубы.
   

   Важно! Последнее действие поможет исключить деформацию коллектора при воздействии температуры и воды. После того как вы убедитесь, насколько эффективно работает такой солнечный коллектор, сделайте расчет нужного вам количества для получения определенного количества воды в день. Учтите, что использование таких модулей целесообразно только летом.

Инструкция сборки:

1. Откройте раму.
2. Удалите стекло.
3. Уложите на дно слой теплоизолятора, толщина полотна которого не менее 3 см.
4. Проклейте по всему периметру уплотнительную резину.
5. Возьмите оцинкованный стальной лист по размеру оконной рамы.
6. Покрасьте его в черный цвет матовой краской.
7. Сверху теплоизоляционного материала уложите этот лист — он и будет притягивать солнечную энергию.
8. Купите пластиковую, ПЭ или медную трубу сечением в 1/2 дюйма.
9. Уложите ее по поверхности листа спиралью или «змейкой».
10. Закрепите трубу хомутами.
11. Накройте раму второй половиной.
12. Стяните его винтами, чтобы обеспечить качественную фиксацию и монолитность конструкции.
    

    Важно! Устанавливайте такой коллектор под углом в 15 градусов летом и вертикально зимой или осенью.                                                                                                                                                                  

Набор материалов для такого солнечного коллектора отличается доступностью:

• б/у пакты из-под сока либо молока;
• пластиковые бутылки одинаковой формы;
• ПВХ труба внешним сечением в 20 мм для горячей воды;
• тройники, подходящие для оформления трубопроводов с горячей водой.

Инструкция сборки:

1. Выберите нужное количество бутылок.
2. Промойте их и удалите этикетки.
3. Сделайте шаблон из картона, свернув 30-ти сантиметровый лист в трубу, надев его на бутылку.
4. Отрежьте дно бутылки по линии картона.
5. Промойте все тетра-паки.
6. Тщательно промойте их, чтобы удалить все остатки жидкости и исключить в дальнейшем неприятный запах гниения.
7. Покрасьте их в черный цвет, используя матовую краску.
8. Покрасьте трубы также в черный цвет.
9. Дождитесь полного высыхания всех деталей.
10. Наденьте первую бутылку горлышком вперед на бутылку.
11. Наденьте следом тетра-пак узкой частью вперед.
12. Вставьте его в бутылку до упора.
13. Повторите процедуру с количеством бутылок до 5 штук при длине трубы в 105 см.
14. Установите трубы на металлическую либо деревянную опору.
    

    Важно! При размещении накопительного бака, выберите место на 30-50 см выше самого коллектора. Принудительной циркуляции в этой конструкции не требуется, так как вода, нагреваясь, будет естественным образом подниматься вверх, а холодная спускаться с коллектор. Если нужно максимально долго удерживать температуру воды в накопительном резервуаре, утеплите его. Бутылки желательно менять не реже, чем 1 раз в 5 лет, так как со временем снижается их светопроницаемость.                                                                     

Старый холодильник, вышедший из строя, также может пригодиться. Из него используется для солнечного коллектора конденсатор, который и сократит время на сборку теплообменника. Единственный нюанс в том, что, так как в нем до сих пор циркулировал фреон и масло, желательно использовать такую воду исключительно для технических нужд, но не как питьевую.

Дополнительные материалы, которые потребуются для этого вида коллектора — это:

• резиновый коврик — он используется для подложки;
• фольга;
• скотч;
• деревянные брусья сечением 50*50 мм — из них смонтируете корпус;
• стекло — подойдет из оконной рамы.

Инструкция сборки:

1. Вытащите их холодильника заднюю решетку-конденсатор.
2. Измерьте ее.
3. Подготовьте бруски нужного размера на основе проведенных замеров.
4. Соберите корпус из подготовленных деталей.
5. Уложите на дно корпуса лист фольги, чтобы обеспечить также нагрев теплообменника с тыльной стороны.
6. Оклейте все щели по периметру рамы скотчем.
7. Прибейте брусья с тыльной стороны коллектора, чтобы надежно зафиксировать теплообменник.
8. Сделайте пазы в каркасе для вывода труб.
9. Верхнюю трубку теплообменника загните вверх, чтобы обеспечить эффективную естественную циркуляцию.
   

   Важно! Если трубку конденсатора не загибать, то потребуется насос для принудительной циркуляции. В этом случае подойдет даже аквариумный насос, а накопительный бак можно будет установить в любом месте. В случае естественного движения жидкости при нагревании, накопительный бак разместите выше коллектора.       

                                                                                                                                                                                

10. Для закрепления конденсатора внутри используйте держатели от холодильника.
11. Внизу на раме вкрутите 2-3 шурупа, которые будут удерживать стекло от сползания.
12. Накройте всю конструкцию стеклом.
13. Загерметизируйте по всему периметру скотчем.

Данная конструкция из полипропилена — это солнечная плоская батарея с размерами 2400*550 мм. Такие параметры выбраны с учетом особенностей размещения — между стропилами на чердаке. Эффективность прибора достаточно высока, так как каждый квадратный сантиметр попадает под прямой контакт с водой. Еще одно достоинство этого варианта в том, что вы сможете самостоятельно определить подходящие параметры и менять по мере необходимости.

Материалы для работы:

• сотовый полипропилен (не поликарбонат!);
• полипропиленовые трубы сечением 1 1/4 дюйма;
• лист фанеры толщиной в 5-10 мм;
• садовый шланг сечением соответствующий используемым трубам;
• лист пенопласта толщиной 2 см;
• специальный клей для ПЭ изделий, например, 3M Scotch-Weld™ DP-8005 или же подойдет спецоборудование для соединения полиэтиленовых деталей, если оно уже есть в наличии.
  

  Важно! Эта конструкция солнечного коллектора более сложная, чем все вышеописанные способы. Поэтому желательно иметь определенные навыки работы с полиэтиленовым материалом, чтобы получить качественный результат, и быть предельно аккуратными во время выполнения работы.

Инструкция сборки:

1. Просверлите отверстия в заглушках диаметром, подходящим под наконечники труб.
2. В трубе сделайте пропил циркулярной пилой, чтобы вставить в него листовой полипропилен — ширина пропила идентична ширине листа.
3. Соберите конструкцию и убедитесь в ее надежности и плотном прилегании всех деталей.
   

   Важно! Продолжайте работу только в том случае, если отсутствуют дефекты.                                           

4. Обезжирьте все поверхности, которые будут стыковаться, используя ацетон.
5. Наносите последовательно клей и сразу соединяйте нужные элементы, так как высыхает он очень быстро.
6. Промажьте все углы клеем.
7. Сделайте техническую паузу в 24 часа, чтобы клеевой состав полностью отвердел.
8. Присоедините коллектор к водопроводу садовым шлангом.
9. Проверьте герметичность конструкции.
   

   Важно! Если обнаружили утечки, просушите эти места, обезжирьте и заклейте.                                            

10. Возьмите лист фанеры и обрежьте его под нужный размер, исходя из параметров коллектора — это будет основание прибора.
    

    Важно! Учтите, что особенности установки этой конструкции не предполагают наличие привычного корпуса. Рамой послужат сами стропила.

11. Просверлите отверстия для вывода отводов.
12. В месте установки коллектора подстелите лист пенопласта толщиной 2 см, чтобы предотвратить утечку тепла с обратной стороны.
13. Поверхность коллектора покрасьте в черный матовый цвет.
14. Установите готовый прибор в выбранное место.
    

    Важно! Учтите, что устанавливать этот солнечный коллектор необходимо обязательно под углом, а накопительный бак — выше самого прибора. После заполнения водой, убедитесь, что весь воздух из системы вышел — отсутствуют пузырьки внутри. В противном случае эффективность будет намного ниже.

Заключение

По результатам тестирования работоспособности коллекторной системы в течение 1 часа, я получил нагрев 20,2 литров воды (7,2 литра в самом коллекторе и 13 литров я набрал в емкость для эксперимента) с 23 до 37 °C.

Конечно, производительность и эффективность системы зависит от солнечной активности: чем ярче светит солнце, тем сильнее нагреется вода и можно нагреть больший объем за меньшее время. Но для летнего душа, я думаю, этого коллектора вполне хватит.

Сборка солнечного коллектора своими руками — это не очень сложная работа, которая вполне под силу любому домашнему мастеру. Но, чтобы получить действительно качественный результат, который позволит своевременно получать горячую воду в нужном объеме и оформить отопление в доме с минимальными денежными затратами на обслуживание, потребуется не только это. Обязательно заранее выберите подходящую схему монтажа, исходя из личных нужд. Это может быть работа коллектора на:

• только водоснабжение в летний период;
• только подача горячей воды круглый год;
• водоснабжение и отопление, в том числе зимой.

В зависимости от выбранной схемы будет меняться и количество необходимых дополнительных расходных материалов и оборудования, а также и масштаб требуемой площади под сам коллектор, что также немаловажно. Учтите заранее все нюансы, и вы обязательно оцените, насколько это выгодное решение, тратить энергию солнца в личных целях.

Заполнение системы

Теперь можно заполнять коллектор водой и тестировать работоспособность системы. Я установил его под наклоном, а резервуар (пустой) – немного выше. Один шланг подключается к нижнему фитингу, второй – к верхнему. Для заполнения системы водой нижний шланг я подключил к водопроводу и немного открыл вентиль, чтобы система наполнялась водой постепенно.

Когда в протоке воды, выходящей из выходного шланга, перестали наблюдаться пузырьки воздуха, я перекрыл воду, а оба конца шланга погрузил в воду в резервуаре (они всегда должны быть под водой, чтобы воздух не попал в систему).

Тестирование и испытание солнечного водонагревателя

Когда система наполнена, под действием солнечного тепла вода, находящаяся в тонких каналах пластиковой панели нагревается и постепенно движется вверх, образуя естественную циркуляцию. Холодная вода поступает из емкости по нижнему шлангу, а нагретая в коллекторе поступает в этот же резервуар по верхнему шлангу. Постепенно вода в емкости нагревается.

Для наглядности эксперимента я использовал цифровой термометр с выносным датчиком температуры. Сначала я измерил температуру воды в емкости – она составляла 23 °C. Затем я вставил датчик в выходной шланг, по которому в резервуар поступает нагретая в коллекторе вода. Термометр показал 50 °C. Система солнечного подогрева воды работает!