Как сделать водонагреватель от солнца

Самодельные солнечные водонагреватели

Если вам удавалось побывать в южных странах, то, наверняка, вы часто замечали стоящие на крышах домов конструкции. Гиды объясняли, что это солнечные батареи для нагрева воды и отопления жилища. Как и за рубежом, так и у нас прогрессивное население ратует за альтернативные источники энергии. Водонагреватель, работающий от солнечной энергии – одно из таких удачных изобретений, которое способен полноценно функционировать даже зимой.

Как действует солнечная энергия в приборе

Солнце – это очень мощный и, что главное, бесконечный источник энергии тепла. За его использование денег никто не берет, а потому стоит задуматься, как пустить такое преимущество себе во благо. Заводские налоги водонагревателей солнечного бойлера могут обойтись в немалую сумму. Если разобраться в принципе работы такого устройства, то можно сделать нечто подобное своими руками. Хотя на деле существует несколько примеров подобного прибора.

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.

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.
Внутри каждой из таких трубок спрятана другая – черного цвета с веществом (рабочим телом), которое будет испаряться при определенных температурных условиях.
Внутри трубок абсолютный вакуум – это позволяет избежать теплопотерь.
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:

Солнечные лучи превращают рабочее тело в паровую субстанцию, которая поднимается в верхнюю часть колбы.
Поток воды будет нагреваться через стенку той тепловой энергией, которую отдаст ему рабочее тело.
Исполнив свою миссию, пар снова становится жидкостью и стекает вниз, где все благополучно повторяется.
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.

Самодельные солнечные водонагреватели

Стремление к экологичному подходу в отоплении дома похвально – тем более что сделать подобную систему можно и своими руками. Рассмотрим интересные варианты практического воплощения подобных конструкций, и насколько эффективны самодельные солнечные водонагреватели.

Простой солнечный водонагреватель

Простым решением будет установка на крыше дома одного (максимум двух) черных баков. К ним подсоединяется водопроводная домовая магистраль – значит, при хорошем солнце теплая вода будет потечет сразу в душевую комнату (летом в жару нагрев произойдет быстро).

Еще один простой солнечный бойлер делают из мелкого, наполненного водой корыта, которое закрывается прозрачной крышкой. Сюда же в схему входят следующие водопроводные составляющие:

труба, по которой подходит прохладная вода;
труба для перелива;
деталь вентиля;
выпуск нагретой воды.

В обоих случаях есть существенные недочеты:

Неэффективность простого бака при облаках.
Корыто-нагреватель следует наполнять каждое утро, накрывая его. Когда солнце скрыто за облаками, следует оценить степень нагретой воды и слить её для дальнейшего использования.
Плоское устройство наподобие корыта плохо тем, что его нужно держать горизонтально. Мы живем не в тропиках, а, значит, зимой солнце поднимается над горизонтом высоко, КПД этого устройства снизится.

Гораздо эффективнее предусмотреть дополнительную установку коллектора, пусть опять же самодельного. Определив размеры теплоприемника, следует изготовить корпус, куда помещается змеевик. Актуален вопрос теплоизоляции – именно поэтому корпус для змеевика лучше сделать деревянным. Второй момент — утепление задней стенки (лучше всего пенопластом).

Как собрать приемник тепла

Простейший солнечный водонагреватель можно сделать своими руками по схеме из таких составляющих:

аккумулирующий бак;
подпиточная емкость;
коллектор.

Специалисты советуют не устанавливать отдельный насос – вода должна циркулировать естественным путем. Но чтобы этого добиться, бак следует устанавливать выше теплоприемника, а подпиточную емкость – выше аккумулирующей. Еще одна дельная рекомендация — утепление резервуара с подогретой водой. Здесь подойдет любой материал в рулонах.

Для функционирования в самостоятельном режиме (когда не приходится доливать и регулировать), лучше всего установить поплавковый клапан во втором баке. Этот элемент будет реагировать на снижающийся уровень воды. К его патрубку надо подвести водопроводную трубу. Что это даст? Когда в основном баке расходуется содержимое, в его нижнюю зону будет подаваться холодная вода.

Однако нельзя забывать про установку еще одного патрубка – вертикального: он будет выпускать воздух. Следовательно, и эту деталь следует поднять на большую высоту.

Как выбрать правильный материал

Есть разные варианты исходников, из которых можно сделать теплообменник. Среди них:

трубки из меди;
черные полимерные трубы;
секции плоских стальных радиаторов;
трубы из алюминия;
черный шланг из резины;
теплообменник, оставшийся от старого холодильника.

Какой должна у такого змеевика сама теплообменная поверхность? В случае со стальными радиаторами следует исходить из их размера, однако чтобы не утяжелять корпус, не устанавливается больше двух панелей. При других материалах все придется рассчитывать на месте.

Корпус можно сделать из фанеры и деревянных досок. На лицевой стороне стоит применить прочный и прозрачный поликарбонат, что будет выглядеть не хуже стеклянного. Сам же накопительный бак изготавливается из листового материала. А еще лучше будет приобрести готовую емкость. В качестве соединительных труб рекомендуется использовать полимерные (хорошо подойдут из металлопластика).

Особенности самодельных солнечных водонагревателей

Преимущества сделанного своими руками бойлера очевидны:

работа при полной нагрузке максимально возможный период;
окупаемость первоначальных вложений на материалы;
экономия топлива;
изделие сразу готово к эксплуатации.

Однако все эти аспекты превратятся в положительные при соблюдении важных условий.

Точная установка параметров устройства. Расчетная нагрузка должна приближаться к стандартному ежедневному потреблению.
Чтобы обеспечить постоянную нагрузку на горячее водоснабжение, можно установить вспомогательный нагреватель. Его рекомендуется включать, если солнечный не обеспечивает нужную нагрузку. Этот элемент нужен для устранения разницы в температуре воды.
Важно правильное распределение нагрузки, одни из параметров которой – регулирование скорости потока воды.
Если воду планируется расходовать не сразу, то для бака нужна дополнительная теплоизоляция. Последний момент касается и облачных дней (толщину теплоизоляции стоит предусмотреть побольше).
Покрытие теплоприемника должно повышать его поглощающую способность (самое простое можно сделать черной краской, в идеале лучше нанести селективное).
Бак должен вмещать запас горячей воды на два дня.
Идущие от коллектора трубы в бак должны быть минимальны по длине и хорошо изолированы для поддержки температурного напора.
Подводящая холодную воду к коллектору труба должна быть расположена внизу бака. Нагретая вода, наоборот, поступает наверх. Выше отверстия для уходящей в систему горячей воды должно оставаться место для её запаса.
Теперь об установке бака: если сделать это в здании, то существенно снизятся теплопотери. Даже если они и будут, то уйдут в домашнюю среду, а не в воздух. Здесь подойдет, к примеру, чердак. При установке системы на крышу актуально ориентировать коллектор на юг и наклонить под углом местной широты (это повысит эффективность работы на круглый год). Лучшим углом будет 60 градусов зимой и 30 градусов летом, на практике лучше сразу придать 45 градусов.
Конструкция дома должна быть готовой выдержать нагрузку от полного бака.
И еще один важный момент: как предотвратить замерзание системы при холодном климате? Можно использовать изолирующее съемное покрытие, установить устройство для слива воды или применять антифризный раствор в воде. Последний вариант получил популярность – только в этом случае его заливают в спиральный змеевик, через стенки которого и будет происходить теплообмен.

Использование солнечного водонагревателя позволит существенно сократить расходы на топливо, и уменьшить выброс углекислого газа в атмосферу. Можно собрать подобную систему и своими руками – при этом важно обладать минимальными знаниями в области водопроводных установок и придерживаться всех вышеупомянутых рекомендаций.

Источник

Как сделать солнечный водонагреватель своими руками

На сегодняшний день современные технологии и материалы позволяют использовать альтернативные источники энергии максимально эффективно. Одним из таких источников является солнце. Преобразование его энергии в электричество и тепло является экономичным (практически бесплатным) способом обогрева помещений. А также таким образом можно защитить окружающую среду от загрязнений. Для подогрева воды можно сделать солнечный водонагреватель своими руками.

Солнечный гелиоколлектор используется для нагрева воды в бассейнах, отопления помещений или горячего водоснабжения. Суть работы заключается в использовании энергии солнца для нагрева теплоносителя. Хотя солнце имеет разную интенсивность зимой и летом, обогрев воды таким способом возможен круглый год. Это и является предпосылками для использования такого способа.

К примеру, на один квадратный метр зимой нужно от 1 до 3 кВт/час вырабатываемого электричества, а летом этот показатель возрастает до 6−8 кВт/час. В северных регионах все показатели можно увеличивать на 30% и более. Даже в северных регионах гелионагреватели активно применяются и помогают решить проблему с подачей горячей воды, отопления и тому подобного. В южных регионах и средней полосе такие устройства полностью обеспечат дом горячей водой и теплом, конечно, имеется в виду большие агрегаты на несколько квадратных метров. Они могут полностью заменить бойлер.

К достоинствам системы можно отнести:

большая надёжность;
простая и понятная конструкция;
довольно большой срок службы;
простота монтажа;
маленький вес;
автономность работы;
эффективность в эксплуатации;
не нужно получать разрешения на установку от контролирующих органов;
экономия на газе и электричестве.

Недостатками такой системы являются:

высокая цена при покупке заводского оборудования;
коэффициент полезного действия напрямую зависит от месторасположения и времени года;
зависимость эффективности от солнечного света и облачности;
несмотря на довольно высокую мощность панели подвержены градобитию;
необходимость в установке теплоаккумулирующей ёмкости.

Солнечные коллекторы можно классифицировать по многим параметрам. В первую очередь следует упомянуть о температуре, при которой работают гетеронагреватели. Так, устройства разделяются на:

низкотемпературные — работают при 50 градусах;
среднетемпературные — температурный диапазон 80−90 градусов;
высокотемпературные — способны доводить теплоноситель до состояния кипения.

Есть высокотемпературные устройства, которые могут работать при температуре 200−300 градусов, но такие применяются исключительно в производственных целях. Солнечный нагреватель воды своими руками можно сделать только первой и второй группы. Для производства высокотемпературных коллекторов понадобится дорогостоящее и профессиональное оборудование.

Если разделять устройства по конструкции, то можно выделить три основных вида:

вакуумные устройства;
плоские водонагреватели;
гелиоконцентраторы.

Вакуумные нагреватели воды работают по принципу термоса. Основой конструкции являются несколько десятков стеклянных колб с двумя камерами. Внешняя делается из высокопрочного стекла, которое «не боится» града и ветра. Внутренняя производится со специальным напилом для увеличения способности поглощать солнечные лучи. Между камерами создаётся вакуум для того, чтобы избежать теплопотерь.

Во внутренней трубке находится медный контур, в котором циркулирует теплоноситель — низкокипящий фреон, нагревающий конструкцию вакуумного гелиоколлектора. Процесс нагревания реализуется благодаря испарению технологической жидкости и передачи тепла рабочей жидкости, которая находится в главном контуре. Как правило, для этих целей используется антифриз.

Такая система может обеспечить работу при температуре до 50 градусов. Самостоятельно построить эту конструкцию достаточно сложно. В связи с этим самодельных устройств подобного типа существует очень мало.

Плоский водонагреватель выглядит как невысокий изолированный короб. Панель для поглощения солнечной энергии имеет повышенную теплопроводность. Благодаря этому можно добиться максимального нагрева теплоносителя, который движется по трубчатому контуру.

Принцип работы гелиоконцентратора заключается в нагреве определённой точки с помощью сферического зеркала. Непосредственный нагрев теплоносителя происходит в спиральном контуре из металла, который находится под фокусом зеркала. Главным преимуществом гелиоколлекторов с концентрацией солнечных лучей в одной точке является возможность нагрева теплоносителя до высокой температуры. Но у начинающих и опытных мастеров такая система не пользуется популярностью, поскольку есть необходимость слежения за местонахождением солнца.

Для того чтобы сделать солнечный коллектор для летнего душа своими руками, идеально подходит плоская конструкция. Также нужно учесть наличие теплоизоляции, медных абсорберов и стекла, которое имеет большую пропускную способность света.

Плоский водонагреватель состоит из деревянной рамы с плотно зашитой задней стенкой. На дно монтируется главный элемент нагрева — абсорбер. Зачастую он производится из металлического листа, на который крепится коллектор из трубок в виде змеевика или в параллельном положении. Трубки к металлической пластине привариваются или припаиваются тщательно, шов не должен быть прерывчатым. Это необходимо для того, чтобы теплопередача была максимальной.

Читайте также: Очки от солнца унисекс

Жидкостный контур состоит из вертикально расположенных трубок. Они присоединяются к горизонтальному контуру с большим диаметром. Входные и выходные отверстия располагаются диагонально. Такая схема позволяет максимально эффективно отбирать тепло с теплообменника. Зачастую антифриз выступает основным теплоносителем. Но можно выбирать и другие незамерзающие вещества.

Абсорбер необходимо покрасить светопоглощающей краской. Короб утепляется изоляционными материалами, а сверху устанавливается закалённое стекло или оргстекло. Упростить задачу можно с помощью деления площади остекления на две части. Для более высокой производительности применяются стеклопакеты.

Такая конструкция создаёт эффект термоса, что позволяет уменьшить теплопотери от ветра, дождя и других погодных явлений.

Принцип работы следующий:

1. Нагретый антифриз от солнечных лучей движется по трубкам и через ветку отбора попадает в аккумулирующую ёмкость.
2. Когда жидкость движется по теплообменнику, она передаёт тепло воде.
3. После охлаждения антифриз снова попадает в нижнюю часть контура для повторного нагрева.
4. Горячая вода поднимается в верхнюю часть ёмкости и отбирается для использования в различных направлениях (отопление дома, горячее водоснабжение и тому подобное). В ёмкости теплообмена пополнение количества воды происходит за счёт подключённого водопровода.
5. Если система используется для отопления дома, то для движения воды в замкнутом контуре применяется циркуляционный насос.

Современные технологии позволяют использовать нагретый теплоноситель даже после того, как солнце скроется за тучами. Происходит это благодаря постоянному движению теплоносителя и наличию теплоаккумулирующей ёмкости.

Подогрев воды от солнца своими руками можно сделать разными способами. Но все они имеют одну особенность: одинаковая конструкция теплоизоляции короба. Зачастую основу делают из дерева, ДСП и тому подобных материалов. Сверху конструкция покрывается антисептическими веществами, а потом лаком и светоотражающей пленкой. Утепление происходит за счёт монтажа минеральной ваты. Абсорбер делают из металлических и пластиковых трубок. Все остальные элементы изделия можно изготовить из ненужных подручных материалов.

Одним из самых дешёвых вариантов гелиоколлектора для летнего душа является использование садового шланга или ПВХ-трубы. Они складываются в форме улитки на металлической или деревянной поверхности. Эффективность их применения заключается в большой площади нагрева. Обязательно нужно устанавливать теплоаккумулирующую ёмкость. Если этого не сделать, то очень жаркими летними днями абсорбер будет перегреваться. Сам шланг лучше брать чёрного цвета. Таким образом, солнечные лучи будут максимально нагревать теплоноситель. Использовать этот вариант можно не только для подогрева воды для летнего душа, но и для тёплого пола или бассейна.

С целью постройки гелиоколлектора часто используется и конденсатор старого холодильника. Теплообменник с внешней стороны будет уже готовым абсорбером для солнечного коллектора. Придётся только установить его на теплопоглощающий лист металла, а также вмонтировать в корпус. Разумеется, что коэффициент полезного действия небольшой, но для удовлетворения потребностей в подаче тёплой воды в летнее время для небольшого загородного дома в самый раз.

Использование старого радиатора — ещё один вариант самостоятельного производства гелиоколлектора. Он более удобен в изготовлении, поскольку здесь не требуется даже установка дополнительной теплоотражающей пластины. Достаточно вмонтировать его в кожух и предварительно покрыть жаростойкой краской. Один радиатор способен перекрыть потребность в горячем водоснабжении в летнее время. Если установить несколько единиц, то вполне возможно в холодную солнечную погоду обойтись без дополнительных источников нагрева воды.

Также весьма популярны в последнее время медные, металлопластиковые, полиэтиленовые трубки для создания коллектора своими руками. Все они имеют свои плюсы и минусы. К примеру, медные трубки нуждаются в больших трудозатратах по установке, а также большом бюджете на их покупку.

Для монтажа установки необходимо тщательно подбирать место. Оно не может быть затенённым, так как гелиоколлектор должен получать максимальное количество солнечных лучей на протяжении всего светового дня. Монтажные рейки, которые держат основу, делаются из деревянных планок или металла. Их расположение и длина должны рассчитываться таким образом, чтобы наклон плиты к солнцу мог регулироваться от 45 до 60 градусов.

Для уменьшения теплопотери накопительная ёмкость следует размещать максимально близко к установке. Циркуляция теплоносителя может быть естественной или принудительной. Это зависит от определённых условий. Для последнего случая используется дополнительно циркуляционный насос и термодатчик, который будет контролировать температуру воды и включать двигатель, когда градус достигнет запрограммированного уровня.

Источник