Сделать вакуумные трубки для солнечного коллектора своими руками – вполне реально. Конечно, придется потратить немного времени. Но ничего сложного в этом нет.
В этой статье мы расскажем, как сделать трубку для вакуумного солнечного коллектора. Все расходные материалы и инструменты для это несложно найти. Единственное что потребуется – купить стеклянную колбу для вакуумной трубки.
Изготовление медного сердечника
Для того чтобы сделать сердечник, в котором будет находиться , понадобится обычная кондиционерная медная трубка. Ее оптимальный диаметр – 10 мм. Толщина стенки при таком диаметре составит 3,5 мм.
Длину подбирать необходимо по глубине стеклянной колбы таким образом, чтобы трубка не доходила до ее дна на 4-5 см. К общей длине добавьте глубину, на которую будет входить трубка в корпус коллектора (см. рис).
После того как трубка обрезана, нужно изготовить верхний резервуар. Для этого понадобится специальный инструмент для развальцовки. С его помощью нужно расширить трубку до внутреннего диаметра 20-22 мм. Если он будет меньше – будет хуже теплоотдача. Когда больше – толщина стенок будет маленькой, они могут треснуть.
Если верхняя часть вакуумного коллектора у вас есть – измерьте диаметр отверстий. Делайте развальцовку такой, чтобы расширение полностью перекрывало отверстие и вода или теплоноситель не вытекали из коллектора.
Нанесение селективного покрытия
В большинстве случаев стеклянные колбы для вакуумных трубок продаются с готовым покрытием. Если его нет – придется наносить его самостоятельно. Какие-либо самодельные растворы и смеси делать не имеет смысла, они малоэффективны. Сейчас несложно найти селективные краски для солнечных коллекторов. На рынке лидером считается Iliolac (Илиолак).
Можно просто залить краску в колбу и смочить все стенки, но так будет большой расход. Лучше всего взять длинную палку или штырь, конец которого обмотать тканью. При покраске старайтесь не допускать появления «мазков» и т.д.
Перед покраской внутреннюю часть колбы промойте с моющим средством, просушите, обезжирьте и дайте ей высохнуть.
Заливка пропиленгликоля
Для нормальной работы трубки вакуумного коллектора, необходимо чтобы медный сердечник был наполнен пропиленгликолем на треть. Рассчитать его объем можно по такой формуле:
V = D х D х H / 4
В формуле:
- V – нужный объем пропиленгликоля в миллилитрах;
- D – внутренний диаметр трубки в сантиметрах;
- H – общая длина трубки.
После заливки пропиленгликоля верхнюю часть расширения завальцуйте по максимуму, чтобы осталось отверстие минимального диаметра. После этого запаяйте.
Заглушка
Если нет возможности купить готовые заглушки, придется изготавливать самостоятельно. Для этого подойдет любой полимер с температурой плавления выше 150 градусов. Например – полиуретан.
Энергоресурсы. Бесплатная солнечная энергия сможет как минимум 6-7 месяцев в году обеспечивать теплую воду для хозяйственных нужд. А в остальные месяцы – еще и помогать системе отопления.
Но самое главное, что простой солнечный коллектор (в отличии, например, от ) можно изготовить самостоятельно. Для этого вам понадобятся материалы и инструменты, которые можно купить в большинстве строительных магазинов. В некоторых случаях будет достаточно даже того, что найдется в обычном гараже.
Представленная ниже технология сборки солнечного нагревателя использовалась в проекте "Включи солнце - живи комфортно" . Она была разработана специально для проекта немецкой компанией Solar Partner Sued , которая профессионально занимается продажей, монтажом и сервисом солнечных коллекторов и фотоэлектрических систем.
Главная идея – все должно получиться дешево и сердито. Для изготовления коллектора используются довольно простые и распространенные материалы, но его эффективность получается вполне приемлемого уровня. Она ниже, чем у фабричных моделей, но разница в цене полностью компенсирует этот недостаток.
Солнечные лучи проходят через стекло и нагревают коллектор, а остекление предотвращает утечку тепла. Стекло также препятствует движению воздуха в абсорбере без него коллектор быстро терял бы тепло из-за ветра, дождя, снега или низких внешних температур.
Раму следует обработать антисептиком и краской для наружных работ.
В корпусе делаются сквозные отверстия для подачи холодной и отвода нагретой жидкости из коллектора.
Сам абсорбер красят жаростойким покрытием. Обычные черные краски при высоких температурах начинают шелушиться или испаряться, что приводит к потемнению стекла. Краска должна полностью высохнуть, прежде чем вы закрепите стеклянное покрытие (для предотвращения конденсации).
Под абсорбером закладывается утеплитель. Чаще всего используется минеральная вата. Главное, чтобы он выдерживал довольно высокие температуры в течение лета (иногда более 200 градусов).
Снизу раму закрывают ОСБ плитой, фанерой, досками и т.п. Основное требование к этому этапу - убедиться, что низ коллектора надежно защищен от попадания влаги внутрь.
Для закрепления стекла в раме делают пазы, или крепят планки по внутренней стороне рамы. При расчете размеров рамы следует учитывать, что при изменении погоды (температуры, влажности) в течение года ее конфигурация будет немного меняться. Поэтому на каждой стороне рамы оставляют несколько миллиметров запаса.
На паз или планку крепится резиновый оконный уплотнитель (D- или Е-образный). На него кладется стекло, на которое таким же образом наносится уплотнитель. Сверху это все закрепляется оцинкованной жестью. Таким образом, стекло надежно закреплено в раме, уплотнитель защищает абсорбер от холода и влаги, а именно стекло не повредится, когда деревянная рама будет "дышать".
Стыки между листами стекла изолируются уплотнителем или силиконом.
Чтобы организовать солнечное отопление дома понадобиться накопительный бак. Здесь хранится нагретая коллектором вода, поэтому стоит позаботиться о его термоизоляции.
В качестве бака можно использовать:
- неработающие электрические бойлеры
- различные баллоны для газов
- бочки для пищевого использования
Главное - помнить, что в герметичном баке будет создаваться давление в зависимости от давления водопроводной системы, к которой он будет подключен. Не каждая емкость способна выдерживать давление в несколько атмосфер.
В баке делают отверстия для входа и выхода теплообменника, ввода холодной воды, и забора нагретой.
В баке размещается спиральный теплообменник. Для него используют медь, нержавеющую сталь или пластик. Нагретая через теплообменник вода будет подниматься вверх, поэтому его следует поместить в нижней части бака.
Коллектор соединяется с баком с помощью труб (например, металлопластиковых или пластиковых), проведенных от коллектора к баку через теплообменник и обратно в коллектор. Здесь очень важно предотвратить утечку тепла: путь от бака до потребителя должен быть максимально коротким, и трубы должны быть очень хорошо изолированными.
Расширительный бачок - это очень важный элемент системы. Он представляет собой открытый резервуар, расположенный в крайней верхней точке контура циркуляции жидкости. Для расширительного бачка можно использовать как металлическую, так и пластиковую емкость. С ее помощью контролируется давление в коллекторе (из-за того, что жидкость от нагрева расширяется, могут треснуть трубы). Для снижения потерь тепла бачок также необходимо изолировать. Если в системе присутствует воздух, то он также может выходить через бачок. Через расширительный бачок происходит также наполнения коллектора жидкостью.
Основной задачей солнечного коллектора является преобразование полученной от солнца энергии в электричество. Принцип работы и конструкция оборудования несложные, поэтому технически сделать его легко. Как правило, полученную энергию используют для обогрева зданий. Изготовление солнечного коллектора для отопления дома своими руками необходимо начинать с подбора всех комплектующих.
- использование различных жидкостей;
- воздушные конструкции.
- поддержания давления в системе;
- замены аванкамеры;
- распределения нагретой воды.
Показать всё
Конструкция и принцип работы
Отопление дома с помощью преобразования солнечной энергии в электрическую используется, как правило, в качестве дополнительного источника тепла, а не основного. С другой стороны, если установить конструкцию большой мощности, а все приборы в доме переоборудовать под электричество, тогда можно обойтись только солнечным коллектором.
Но стоит помнить, что отопление с помощью солнечных коллекторов без дополнительных источников тепла возможно только в южных регионах. При этом панелей должно быть достаточно много. Их необходимо располагать таким образом, чтобы на них не падала тень (например, от деревьев). Размещать панели следует лицевой стороной в направлении, максимально освещаемом солнцем на протяжении всего дня.
Концентраторы солнечной энергии
Хоть сегодня существует много разновидностей таких устройств, принцип работы у всех одинаковый. Любая схема забирает солнечную энергию и передаёт её потребителю, представляя собой контур с последовательным расположением приборов. Комплектующими, производящими электроэнергию, являются солнечные батареи или коллекторы.
Коллектор состоит из трубок, которые последовательно соединены со входным и выходным отверстием. Также они могут располагаться в виде змеевика. Внутри трубок находится техническая вода или смесь воды и антифриза. Иногда они наполняются просто воздушным потоком. Циркуляция осуществляется благодаря физическим явлениям, таким как испарение, изменение агрегатного состояния, давление и плотность.
Абсорберы выполняют функцию сбора энергии солнца. Они имеют вид сплошной металлической пластины чёрного цвета либо конструкции из множества пластин, соединённых между собой трубками.
Для изготовления крышки корпуса используют материалы с высокой пропускной способностью света. Зачастую это либо оргстекло, либо закалённые виды обычного стекла. Иногда используются полимерные материалы, но изготовление коллекторов из пластика не рекомендуется. Связано это с его большим расширением от нагревания солнцем. В результате может произойти разгерметизация корпуса.
Если система будет эксплуатироваться только осенью и весной, то в качестве теплоносителя можно использовать воду. Но в зимнее время её необходимо заменить на смесь антифриза и воды . В классических конструкциях роль теплоносителя играет воздух, который движется по каналам. Их можно сделать из обычного профлиста.
Опыт эксплуатации солнечной батареи изготовленной самостоятельно (солнечная батарея часть 3).
Если коллектор необходимо устанавливать для обогрева небольшого здания, которое не подключено к автономной системе отопления частного дома или централизованным сетям, то подойдёт простая система с одним контуром и нагревательным элементом в её начале. Схема простая, но целесообразность её установки оспаривается, так как работать она будет только солнечным летом. Однако для её функционирования не потребуются циркуляционные насосы и дополнительные нагреватели.
При двух контурах всё гораздо сложнее, но количество дней, когда станет активно вырабатываться электроэнергия, увеличивается в несколько раз. При этом коллектор будет обрабатывать только один контур. Большая часть нагрузки возлагается на одно устройство, которое работает на электроэнергии или другом виде топлива.
Хоть производительность устройства напрямую зависит от количества солнечных дней в году, а цена на него завышена, оно всё равно пользуется большой популярностью среди населения. Не менее распространённым является производство солнечных теплообменников своими руками.
Классификация по температурным показателям
Гелиосистемы классифицируются по различным критериям. Но в приборах, которые можно изготовить самостоятельно, следует обратить внимание на вид теплоносителя. Такие системы можно разделить на два типа:
Первые применяются чаще всего. Они более производительные и позволяют напрямую подключить коллектор к отопительной системе. Также распространена классификация по температуре, в пределах которой может работать устройство:
Солнечная батарея своими руками Part11
Последний вид гелиосистем работает благодаря очень сложному принципу передачи солнечной энергии. Оборудованию требуется много места. Если разместить его на загородной даче, тогда оно займет преобладающую часть участка. Для производства энергии понадобится специальное оборудование, поэтому сделать такую солнечную систему самостоятельно будет практически невозможно.
Изготовление своими руками
Процесс изготовления солнечного обогревателя своими руками довольно увлекательный, а готовая конструкция принесёт много пользы хозяину. Благодаря такому устройству можно решить проблему обогрева помещений, нагрева воды и других важных хозяйственных задач.
Материалы для самостоятельного производства
В качестве примера можно привести процесс создания отопительного устройства, которое будет поставлять нагретую воду в систему. Самым дешёвым вариантом производства солнечного коллектора является использование в качестве основных материалов деревянного бруска и фанеры, а также плит ДСП. Как альтернативу можно использовать алюминиевые профили и металлические листы, но они обойдутся дороже.
Все материалы должны быть влагоустойчивыми, то есть отвечать требованиям использования на открытом воздухе. Качественно изготовленный и установленный солнечный коллектор может служить от 20 до 30 лет. В связи с этим материалы должны иметь необходимые характеристики эксплуатации для применения на протяжении всего срока. Если корпус создан из дерева или плит ДСП, тогда для продления срока службы его пропитывают водно-полимерными эмульсиями и лаком.
Обзор: Самодельная солнечная панель (батарея).
Необходимые материалы для изготовления можно либо купить на рынке в свободном доступе, либо сделать конструкцию из подручных материалов, которые найдутся в любом хозяйстве. Поэтому основное, на что нужно обращать внимание, - это цена материалов и комплектующих.
Обустройство теплоизоляции
Чтобы уменьшить потери тепла, на дно короба укладывается изоляционный материал. Для него можно использовать пенопласт, минеральную вату и т. п. Современная промышленность предоставляет большой выбор различных утеплителей. Например, хорошим вариантом станет использование фольги. Она не только предотвратит потерю тепла, но и будет отражать солнечные лучи, а значит, увеличит нагрев теплоносителя.
В случае использования пенопласта или полистирола для утепления можно вырезать для трубок канавки и монтировать их таким образом. Как правило, абсорбер фиксируется к днищу корпуса и укладывается по изоляционному материалу.
Теплоприемник коллектора
Теплоприемником солнечного коллектора выступает абсорбирующий элемент. Он представляет собой систему, состоящую из трубок, по которым движется теплоноситель, и других деталей, производящихся обычно из листов меди.
Лучшим материалом для трубчатой части является медь. Но домашние умельцы изобрели более дешёвый вариант - полипропиленовые шланги , которые скручиваются в спиральную форму. Для подсоединения к системе на входе и выходе применяются фитинги.
Подручные материалы и средства разрешается использовать различные, то есть практически любые, которые есть в хозяйстве. Тепловой коллектор своими руками можно изготовить из старого холодильника, полипропиленовых и полиэтиленовых труб, панельных радиаторов из стали и других подручных средств. Важным фактором при выборе теплообменника является теплопроводность материала, из которого он изготовлен.
Идеальным вариантом для создания самодельного водяного коллектора является медь. Она имеет самую высокую теплопроводность. Но использование медных трубок вместо полипропиленовых не означает, что устройство будет выдавать намного больше тёплой воды. На равных условиях медные трубки будут на 15-25% эффективнее, чем установка полипропиленовых аналогов. Поэтому применение пластика тоже является целесообразным, к тому же он намного дешевле меди.
При использовании меди или полипропилена необходимо делать все соединения (резьбовые и сварные) герметичными. Возможное расположение труб - параллельное или в виде змеевика. Верх основной конструкции с трубками закрывается стеклом. При форме в виде змеевика уменьшается количество соединений и, соответственно, возможное образование утечек, а также обеспечивается равномерное движение теплоносителя по трубкам.
Для покрытия короба можно использовать не только стекло. В этих целях применяют полупрозрачные, матовые или рифлёные материалы. Использовать можно акриловые современные аналоги или монолитные поликарбонаты.
При изготовлении классического варианта можно использовать закалённое стекло или оргстекло, поликарбонатные материалы и т. п. Хорошей альтернативой станет применение полиэтилена.
Важно учитывать, что использование аналогов (рифлёных и матовых поверхностей) способствует уменьшению пропускной способности света. В заводских моделях применяют для этого специальное солярное стекло. Оно имеет немного железа в своём составе, что обеспечивает низкую теплопотерю.
Накопительный бак установки
Чтобы создать накопительный бак, можно использовать любую ёмкость объёмом от 20 до 40 литров. Также применяется схема с несколькими резервуарами, которые соединяются между собой в одну систему. Бак желательно утеплить, в противном случае подогретая вода быстро остынет.
Если разобраться, то аккумуляции в этой системе нет, а нагретый теплоноситель необходимо использовать сразу же. Поэтому накопительная ёмкость используется для:
Разумеется, что солнечный коллектор, сделанный своими руками в домашних условиях, не обеспечит качество и эффективность, характерные для моделей заводского производства. Используя только подручные материалы, о высоком коэффициенте полезного действия не стоит и говорить. В промышленных образцах такие показатели в несколько раз выше. Однако и финансовые затраты станут здесь намного меньше, так как используются подручные средства. Сделанная своими руками солнечная установка значительно повысит уровень комфорта в загородном доме, а также уменьшит расходы на другие энергоресурсы.
В этой публикации представлены результаты объемных исследований блогера Сергея Юрко. Показаны 3 солнечных коллектора, изготовленные мастером своими руками и наиболее эффективный из них – так называемый 3 пленочный коллектор, он нагревает воду до 60 градусов. Есть более простой 2 пленочный, и он способен доводить воду до 55 градусов. Самый простой и самый дешевый 1 пленочный, но он обеспечивает прогрев только до 35 или 40 градусов.
Стоимость одного квадратного метра этих примитивных коллекторов примерно в тысячу раз дешевле заводских аналогов, и поэтому возникает вопрос: а что же такого хорошего в фирменных коллекторах, что они стоят в тысячу раз дороже примитивных, которые может изготовить своими руками любой человек за несколько часов, потратив мизерные деньги.
Будем сравнивать простые коллекторы с дорогими заводскими моделями по эффективности, экономической целесообразности и другим характеристикам. И далеко не всегда это сопоставление в пользу заводских устройств. Ролик на тему: сделаем простейшие солнечные коллекторы и посмотрим, на что они способны. А также выясним, при каких случаях имеет смысл отказаться от дешёвого солнечного тепла с этих примитивных конструкций, чтобы заплатив сотни или тысячи раз дороже, получить такой же эффект от более дорогих устройств.
Личный интерес автора ролика к теме основан на предположении, что заводские солнечные коллекторы являются эволюционным тупиком солнечной тепловой энергетики, поскольку, например, солнечные батареи за последние несколько десятилетий подешевели больше чем в сто раз и график показывает процесс снижения цен. 
Возникает мысль, что эволюция солнечных коллекторов пошла не по тому пути и поэтому имеет смысл вернуться к самым простым технологиям.
Черная пленка является единственной, из чего состоит 1-пленочный примитивный коллектор, то есть на пленку наливается вода и очевидно, что во время солнца это вода нагреется. Её можно купить на базаре в любом городе. Мастер приобрел три квадратных метра за 15 гривен. Стоимость коллектора выходит 15 евро цент за квадратный метр.
Но имеет смысл добавить еще одну – прозрачную пленку, которая покроет поверхность нагреваемой воды. Температура нагрева радикально увеличивается, поскольку вторая пленка останавливает испарение воды. Её продают на любом базаре для теплиц и из-за этого второго слоя стоимость коллектора увеличивается до 35 евро центов за квадратный метр.
Но есть еще и 3 пленочный вариант и дополнительная пленка тоже является прозрачной, она увеличит стоимость коллектора до 55 евро центов за квадратный метр.
Функция 3 пленки, как и у стекла заводского плоского коллектора, то есть между стеклом и черным абсорбером формируется слой воздуха толщиной несколько сантиметров, воздух является теплоизолятором.
Сколько пленок нужно для хорошего нагрева воды?
Экспериментальные измерения дали неожиданные результаты, поскольку оказалось что в нашем случае результат применения третьей пленки не является таким эффективным, как в случае заводского плоского коллектора – температура нагрева воды увеличивается, но всего лишь на несколько градусов. Причем наша тройка коллекторов может иметь разные конструкции. К примеру 2 пленочная – прозрачная полиэтиленовая пленка, продается на базарах в виде рукава. Вода заливается внутрь рукава, а роль нижней черной пленки выполняют черная поверхность крыши многоэтажки.
Аналогичное исследование, но с рукавом из не прозрачной, а черной пленки. Если вторая пленка черная, вариант предпочтительнее только при условии хорошей циркуляция воды через систему. Коллектор нагрел 100 литров воды до 66 градусов. Можно заметить несколько усложнений конструкции, в том числе лист пенополистирола толщинoй 3 сантиметра. но эксперименты показали, что теплоизоляция под коллектором увеличит температуру нагрева, но не радикально.
Эксперимент в августе с нагревом воды при температуре воздуха в тени 35 градусов показал, что пленочный коллектор на хорошей теплоизоляции нагрел воду до 63 градусов и в тот же самый момент другой коллектор нагрел воду до 57 градусов, хотя под ним теплоизоляции нет и его первая пленка лежит прямо на земле.
Дополнительные функции кустарного садового коллектора
Также интересно обратить внимание, что однопленочный коллектор во время дождя выполняет функцию сбора дождевой воды что для некоторых домов и местности может оказаться актуальным. кроме этого, 1 пленочные и 2 пленочные коллекторе ночью могут выполнять функцию градирни, то есть они отбирают тепло из воды, используемой для систем охлаждения. Можно использовать в режиме, когда днем через них циркулирует вода, которую нужно нагревать. а ночью коллектор охлаждает воду баков. днем вода из них используется для отбора тепла. в результате чего она нагревается. и поэтому следующей ночью ее нужно опять охлаждать коллекторами.
Интересно заметить, что высота воды в коллекторах может превышать несколько сантиметров. они являются одновременно и солнечным коллекторам и баком для горячей воды. То есть они работают как хорошо известная черная бочка на летнем душе.
Но очевидно, что после исчезновения солнца вода в коллекторе охлаждается. Для этого случая может оказаться интересным коллектор с тремя слоями пленки, вода в котором охлаждается медленно.
На фото. Стоимость заводских тепловых коллекторов в тысячу раз дороже представленных самодельных.
Статистика по измерениям эффективности самодельных и заводских солнечных нагревателей
1 августа проводил эксперимент по измерению производительности 2 пленочного коллектора. На протяжении солнечного дня измерял температуру воды и заносил в таблицу.
насколько эффективен нагреватель воды с пленкой
В следующий таблице интерпретация полученных результатов, в столбце количество теплоты, которую реально производил коллектор.
Описано в примечании фото, как рассчитывалось по результатам измерений температуры. В другом столбце количество солнечной радиации, которая попала на солнечный коллектор. причем важно заметить, что она зависит от угла солнца над горизонтом, точнее от синуса этого угла.
Интересно, что в данный временной промежуток производство тепла коллектором было больше, чем количество солнечной радиации. но никакого парадокса нет, если обратить внимание на разницу температур. В это время температура воздуха была больше, чем воды в коллекторе, и поэтому она нагревалась не только из-за поглощения солнечной радиации, но и вследствие нагрева от более теплого воздуха. но в другие временные промежутки вода была уже теплее воздуха. причем, чем больше разница температур, тем больше тепловые утечки из воды в окружающий воздух. тем меньше полезного тепла производят коллектор. Можно прийти к выводу, что как только температура воды достигнет примерно 60 градусов, она прекратит нагреваться, поскольку упомянутые тепловые утечки сравняются с поступлением энергии Солнца в коллектор.
В правом крайнем столбце таблицы зафиксирована измеренная мощность нагрева коллектора на единицу площади, ее можно сравнить с столбцом с мощностью нагрева одного квадратного метра заводского коллектора в тех же условиях. Описано, как вычислял мощности. Один квадратный метр заводской модели имеет преимущество над такой же площадью самодельного только при работе на высоких температурах воды. а если нужно греть воду с температурой выше 60-70 градусов, то кустарный коллектор не сможет работать вообще. в то же время 1 квадратный метр самодельного теплообменника произведет тепла заметно больше, чем один квадратный метр фабричного, когда температура воды меньше температуры окружающего воздуха.
Результаты объясняются энергетическими характеристиками 2 пленочного коллектора.
А это оценка характеристик других типа примитивных нагревателей.
Приблизительные характеристики заводских плоских коллекторов, представленных в паспорте.
В интернете можно найти такие характеристики практически для любой марки. По таблице видно, что фирменный обменник тепла имеет преимущество по этому коэффициенту, благодаря чему он способен работать на высоких температурах. но с другой стороны самопальный коллектор работает намного лучше заводского в случае, если нужно подогреть воду с температурой ниже воздуха. Например, если нужно нагревать 10 градусную воду подземной скважины во время 30-градусной жары. дело в том, что коэффициент корректнее называть не тепловыми потерями, а коэффициентом теплообмена. Поскольку если вода в коллекторе холоднее воздуха, то в коллекторе нет тепловых потерь, а наоборот, из более теплого воздуха в него поступает дополнительное тепло. Данный коэффициент интерпретируется так, что если разница температур между водой и воздухом увеличивается на 1 градус, то обмен тепла через каждый квадратный метр коллектора увеличивается на 20 ватт.
Эта характеристика (оптический КПД) показывает кпд преобразования солнечной радиации в полезное тепло в условиях, когда температура теплоносителя в коллекторе равна температуре окружающего среды. В примечании описано, почему у простейших коллекторов этот показатель немного лучше, чем у заводских. Но это указан кпд нового чистого коллектора, а примитивные очень чувствительны к грязи. Текст ниже описывает, как много грязи накапливается в них течение эксплуатации.
Грязь и пузырьки в простых самодельных коллекторах
* В воду 1-пленочного коллектора извне приходит очень много разнообразной грязи. В 2-х и 3-пленочных устройствах эта проблема выражается в пылевом налете на верхней пленке, и после высыхания воды дождя или росы эта грязь группируется в непрозрачные пятна, которые могут очень заметно уменьшить КПД коллектора. Но с другой стороны, есть несколько несложных способов удалять эту грязь после дождя.
* Из воды тоже выпадает много грязи в виде мелких хлопьев на поверхности воды или крупных хлопьев на дне. Эти выпадения усиливаются из-за нагрева воды.
* Также накапливается «белый налет» (на верху 1-й и низу 2-й пленки), который заметно снижает КПД. Он прикрепляется к пленкам очень прочно, т.е. потоком воды не удаляется (и щеткой он оттирается с большим трудом и не полностью). Возможно, это выпадение солей из нагретой воды, возможно, это последствия разложения полиэтиленовых пленок.
* Часть грязи в коллекторе может быть объяснена продуктами разложения полиэтилена вследствие УФ-радиации и высокой температуры. Обычно полиэтилен разлагается на перекись водорода, альдегиды и кетоны. В основном, это газы или жидкости, хорошо растворимые в воде. т.е. в осадок они вроде бы не должны выпадать.
* КПД коллектора также снижается из-за большого количества газовых пузырьков (диаметром до нескольких миллиметров на верху 1-й и низу 2-й пленки), которые выделяются при нагреве воды (При нагреве уменьшается растворимость газов в воде). Интересно, что при расположении коллектора на земле на его 1-й пленке пузырьков практически нет (но они есть на низу 2-й)
* Под 2-й пленкой могут образовываться большие пузыри, а также воздух в складках. Эти участки быстро запотевают, и это уменьшает КПД.
* На краях коллектора 2-я пленка может не прилегать к воде: на таких участках низ запотевает и поэтому плохо пропускает солнечную радиацию.
* В 3-пленочных коллекторах могут быть запотевания низа 3-й пленки. Это случается при неправильной установке 2-й пленки (из-за чего пар из коллектора может проникать под 3-ю пленку) или из-за её повреждений. В таких случаях нужно устанавливать 3-ю пленку так, чтобы ветер слегка вентилировал пространство между нею и 3 слоем.
Загрязнение воды коллекторов из-за разложения полиэтиленовых пленок
Это разложение будет из-за одновременного воздействия кислорода воздуха, ультрафиолетовой солнечной радиации и температуры 50-60 град. Полиэтилен разлагается на альдегиды, кетоны, перекись водорода и др.
При нагреве в коллекторе каждого 1 куб. м воды его полиэтиленовые пленки будут выделять порядка 1 г продуктов разложения (На 1 кв. м коллектора приходится около 100 г 1-й и 2-й пленок, и за время своей службы они выделят, по очень приблизительным оценкам, около 10 г «продуктов разложения» и нагреют порядка 10 куб. м воды). Но непонятно, сколько из этих 1 мг/ литр перейдет в воду, а сколько улетит в атмосферу, выпадет в осадок на дне коллектора и бака горячей воды, перейдет в тот «белый налет» (о котором я говорил в предыдущем тексте), не выйдет за пределы массы полиэтилена
Кроме того, непонятно благоприятное влияние на очистку воды вследствие ее пребывания и нагрева в коллекторе (а там из нее выпадает очень много осадка), а также вследствие пребывания в баке горячей воды. Таким образом, по приблизительным оценкам, в воду поступит 0,1-0.5 мг / литр продуктов разложения полиэтилена, которые распределятся между десятками хим. веществ с концентрациями по 0.001-0,1 мг на литр нагреваемой воды. Поскольку это недалеко от ПДК вредных веществ, консультация с СЭС лишней не будет. Например, согласно стандарту ГН 2.1.5.689-98 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования»:
– Есть ограничения по 13 шт. альдегидов – ПДК от 0,003 мг / литр до 1 мг / литр, например, ПДК формальдегида – 0.05 мг / литр, а самые жесткие требования к бензальдегиду – 0.003 мг / литр
– ПДК перекиси водорода – 0,1 мг / литр
– По 3 шт. экзотических кетонов тоже есть ограничения с ПДК 0,1-1,0 мг / литр
Выводы:
1) Если вода «застоялась» коллекторах, то концентрация «продуктов разложения» в ней будет в разы или десятки раз больше. Возможно, такую воду лучше выбрасывать.
2) Желательно использовать более тонкие пленки (они будут давать меньше «продуктов разложения»).
3) Пленки желательно как можно стабилизированные. Например, тепличная предпочтительнее обычной (не подкрашенной) полиэтиленовой, она стабилизируется против воздействия УФ-радиации. Другой пример: полиэтилен высокой плотности медленнее разлагается из-за высокой температуры, чем низкой плотности.
4) Отношение площади коллекторов к потребности объекта (в горячей воде) желательно как можно меньше. Т.е., например, при суточной потребности 10 куб. м горячей воды, станция с 50 кв.м. коллекторов дает загрязнение (концентрация вредных веществ) воды в десятки раз меньше, чем станция с 500 кв.м. коллекторов, в том числе и из-за более низкой температуры нагрева воды коллекторами, что уменьшает скорость разложения полиэтилена.
5) Если 2-я пленка коллекторов будет черная (а не прозрачная), то загрязнение воды должно быть в разы меньше (поскольку УФ-излучение проникает только в верхний слой 2-й пленки).
6) Можно подумать над таким вариантом работы солнечной станции, когда коллекторы нагревают
техническую воду, которая затем передает свое тепло через теплообменник чистой воде ГВС.
Какую лучше применять пленку для сбора солнечного тепла – черную или прозрачную?
Оптический кпд заметно уменьшается из-за воздушных пузырьков и запотевания второго слоя пленки коллектора. это к тому, что кпд реально эксплуатируемого устройства по всему сроку эксплуатации окажется на несколько десятков процентов меньше. Поэтому не имеет смысла стремиться к дорогим пленкам с большой долговечностью, поскольку за несколько месяцев эксплуатации на них накопится столько грязи, что пленки захочется заменить. Из-за таких проблем с разнообразной грязью склоняемся к тому, что 2 пленка должна быть все таки непрозрачной, а черной.
У этого коллектора черная пленка и нет радикального уменьшения кпд из-за грязи. Но у него есть проблема – солнце нагревает только тонкий верхний слой воды. Тем не менее существует несколько вариантов решения проблемы, которые будут получены после исследований.
Важно иметь ввиду что ветер увеличивает коэффициент теплопотерь примитивных коллекторов, а в случае однопленочного это влияние ветра может быть радикальным, так как увеличиваются потери тепла из коллектора вследствие испарения воды и может дойти до того, что даже в идеально солнечный день, но при сильном ветре и низкой влажности 1-пленочный сможет нагреть воду только на несколько градусов выше температуры окружающего воздуха. Кроме этого коэффициент к1 нужно увеличить на несколько десятков процентов, если под коллектором нет теплоизоляции и он лежит непосредственно на земле, на поверхности крыши и тому подобное.
Во 2 серии этого фильма сравниваются примитивные и заводские коллекторы по темам работы зимой, простоте подключения, экономической целесообразности, областям применения на практике.
Вторая часть (о работе зимой)
3, 4 серии (техобслуживание)
– Эксперимент с заливкой воды в рукав полиэтиленовой пленки:
Итак, на повестке дня стоит вопрос: как собрать и изготовить солнечный коллектор своими руками. Раз вопрос стоит — надо его решить и желательно положительно. В данном руководстве описывается процесс создания солнечного коллектора своими руками, который способен обеспечить дачника полноценным горячим душем. Сердце коллектора — медный змеевик, в котором циркулирует вода. Нагреваясь, вода поступает в верхнюю часть бака, а холодная (остывшая) вода из нижней части бака возвращается в коллектор для дополнительного нагрева. Таким образом происходит естественная циркуляция без использования насоса. Для того, чтобы увеличить площадь нагревания коллектора, к змеевику прикрепляются специальные пластины, которые поглощают все тепло с поверхности коллектора и передают его теплообменнику. А герметизация и утепление короба не позволят ему растерять полученное тепло.
Этап первый: «Изготовление змеевика своими руками»
Для создания змеевика своими руками нам потребуется 16 метров мягкой медной трубы d10 мм. Она обычно продается в бухтах. Такую трубку удобно гнуть, поэтому используем именно ее. Схематично змеевик будет выглядеть вот так:
Для фиксации змеевик прикрепляется к основе из фанеры толщиной 5 мм размером 800 на 1800 мм. Поэтому первым делом выпиливаем соответствующий лист фанеры. Все секции змеевика должны устанавливаться под небольшим углом (около 5°). Если уложить трубу строго горизонтально, то система работать не будет. (без насоса) На фанеру мы должны прикрепить специальные шаблоны. С их помощью гораздо удобнее укладывать змеевик. Кроме того они будут поддерживать и фиксировать конструкцию. Шаблоны изготавливаем из той же фанеры толщиной 5 мм:
Нам нужно изготовить по 14 шаблонов №1 и №2. Шаблоны нужно прикрепить на основу согласно схемы:
Установку шаблонов начинаем с нижнего левого угла. Сначала с шагом в 100 мм устанавливаются шаблоны №2. (расстояние от края 50мм)
Затем между ними устанавливаются шаблоны № 1 под углом в 5 градусов относительно центра коллектора. Шаблоны прикрепляем гвоздями либо саморезами 7-9 мм. (не менее 2-х на каждый шаблон) Начинаем укладку медной трубы. Прикладываем трубу к фанере. Оставляем конец на 10 см выходящий за границы фанеры. Прижимаем трубку к шаблону и фиксируем скобой. Тянем трубку до следующего шаблона, расположенного на другом боку. Следим, чтобы трубка располагалась ровно под углом 5° без «задиров» и «провисов». Фиксируем в нескольких местах. Дойдя то поворота, укладываем трубку между шаблонами и фиксируем ее. Так постепенно поворот за поворотом. После того, как змеевик собран, проверьте прочность фиксации к основе, а самое главное угол наклона каждой секции. Помните, что на прямых участках не должно быть обвисания, иначе система работать не будет.
Этап второй. «Изготовление пластин своими руками»
Для изготовления пластин своими руками нам понадобится алюминиевый лист толщиной 0,4-0,5 мм Вырезаем его согласно чертежу:
Если у Вас имеются небольшие куски, то ничего страшного. Вместо одной пластины длиной 440 мм, можно изготовить две по 220 мм, или три по 146 мм. Пластина должна плотно прилегать к основе и «обнимать» трубку максимально плотно. После того, как вырезана форма, нужно придать области обозначенной пунктиром, форму трубки. Для этого изготавливаем деревянный шаблон вот по этой схеме:
После того, как форма создана, при помощи молотка вбиваем стальной брусок в углубление формы:
Необходимо изготовить 15 таких пластин. После того, как пластины изготовлены, надо прикрепить их на фанеру, поверх змеевика. Перед тем, как установить пластину на трубку, смазываем ее теплопроводной пастой для лучшего эффекта. Затем прижимаем к трубе и фиксируем мебельным степлером:
Для достижения еще большей производительности под трубкой можно уложить алюминиевый лист длиной 440 мм шириной 40-50 мм. Это нужно сделать до установки змеевика, на области между шаблонами:
После того, как все пластины уложены, красим их термостойкой черной матовой краской. Идеальным вариантом было бы пройтись перед покраской пескоструйным аппаратом, для того чтобы поверхность пластин стала шершавой и лучше принимала солнечный свет.
Этап третий: «Солнечный коллектор своими руками — сборка»
Чтобы собрать солнечный коллектор, нам понадобится рама. Изготавливается она по размерам основы для змеевика:
Для еѐ изготовления используем брус 20х70 мм. (два отрезка длиной 1840 мм и два длиной 800 мм). Скрепляем их. Теперь из влагостойкой фанеры вырезаем кусок 1840мм на 840 мм и прикрепляем его к раме. У нас получился короб. Далее устанавливаем дополнительную раму из бруса 20х20мм. Она нужна для того, чтобы закрепить на неѐ — основу с змеевиком. На схеме брус 20х70 обозначен оранжевым цветом, а 20х20 синим:
Теперь необходимо собрать воедино всё. Укладываем утеплитель на дно короба. Его размер 760 мм на 1760 мм. Толщина утеплителя должна равняться высоте бруса 20х20, т.е 20 мм. После утеплителя укладываем вспененный полиэтилен размером 800 на 1800 мм. А после него укладываем основу с змеевиком. В разрезе вся конструкция выглядит так:
При помощи саморезов 15 мм прикрепляем основу к коробу, а вернее к брусу 20х20. Теперь займемся утеплением боковых стенок. Для этого используем утеплитель толщиной 10 мм и высотой 40 мм. Его надо укрепить скобами по всему периметру. Следующий этап – остекление. Нам понадобится стекло 1840 на 840
мм. Перед его установкой проходим по периметру короба слоем силикона. Затем устанавливаем само стекло. Еще раз дополнительно проходим силиконом места соединения стекла и короба. Крепить стекло будем при помощи алюминиевого уголка любого из 4х размеров: 20х30 , 20х40, 30х30 или 30х40 Всего потребуется 5300 мм уголка.
Этап четвертый: «Солнечный коллектор своими руками — подключение »
Для максимального эффекта солнечный коллектор должен быть установлен под углом 90° к углу падения солнечных лучей. Угол наклона лучей солнца зависит от широты местности, где установлен коллектор. Кроме того, этот угол меняется в течении всего года. Наиболее оптимальный вариант изготовить специальную подставку, где можно регулировать угол наклона солнечного коллектора. Достаточно раз в месяц изменять этот угол для получения оптимального результата. Схему подобной опоры Вы можете видеть ниже:
Но очень часто возникает такая ситуация, что невозможно менять угол наклона каждый месяц. Это бывает если коллектор установлен на крыше. В этом случае необходимо определить оптимальный угол для всего сезона эксплуатации и при монтаже сразу установить коллектор на этот угол. При эксплуатации коллектора в летний период рекомендуется устанавливать его на 15-25° меньше широты местности. Например, Москва расположена на широте 55,75°. Это значит, что оптимальный угол наклона будет от 30° до 40°. Данный коллектор нужно подключить к ѐмкости объемом 30 литров. Емкость должна располагаться выше самой верхней точки коллектора. Но это расстояние не должно превышать 1 метра, но не менее 30-40 см Соединения между коллектором и бачком можно осуществить при помощи полипропиленовых труб d20 мм. Для этого к медной трубке надо припаять переходник, а уже к нему присоединить трубу. При этом старайтесь избегать отводов, а переходы осуществлять при помощи полуотводов (не более 2-х на прямой и обратный переход). Выход из верхней части коллектора должен соединяться с верхней частью бачка, а выход из нижней части бочка должен быть соединен с входом в нижней части коллектора.
Также к емкости нужно подвести холодную воду. Можно в бачке установить обычную сифонную систему унитаза, установив поплавок на 30 литров. Но при этом с каждой секундой приема душа, вода будет охлаждаться, поэтому самый простой и эффективный способ, это ручной краник. Таким образом, Вы расходуете все 30 литров горячей воды, а уже потом заполняете бак снова. Если хотите получить быстро небольшое количество горячей воды, то заполните бак не полностью. Обращаю Ваше внимание, что 30 литров это достаточное количество для ясной погоды в условиях Московской области. Если погода пасмурная, либо температура воздуха ниже 8 С, то не заполняйте бак полностью. Если облачность сильная и солнце не проглядывается залейте в бак только 20 литров воды. А если облачность сопровождается низкой температурой воздуха – то 15 литров. Эти правила работают в условиях Московской области и центральной части России. Для Ленинградской области максимальный объѐм бака — 25 литров, а для Кубани – 35 литров. Не забываем, что накопительный бачек также должен быть утеплен.
