Как сделать солнечный водонагреватель своими руками

В последнее время альтернативные источники энергии вызывают все более живой интерес со стороны наших соотечественников.

ИК-обогреватель своими руками инструкция

Для работы потребуются:

  • Рефлектор (сделан в СССР в году).
  • Нить из нихрома.
  • Диэлектрик из огнеупорного материала.
  • Стержень стальной.

Важно! Диэлектриком может служить тарелка, выполненная из глазированной керамики. .

Порядок действий:

  1. Очистите старый рефлектор от пыли и загрязнений.
  2. Проверьте, цел ли сетевой шнур, вилка, клеммовые соединения для подсоединения спирали.
  3. Измерьте длину спирали, которая надевается на конус устройства.
  4. Отрежьте стержень такой же длины, навейте на нее нить из нихрома. При этом шаг навивки составляет 2 мм.
  5. В результате последней нехитрой манипуляции у вас получилась спираль. Снимите ее со стержня.
  6. Свободно уложите спираль — так, чтобы ее витки не соприкасались, на диэлектрик.
  7. Подключите ток от сети к концам спирали.
  8. Отключите разогретую спираль и уложите ее в канавку от керамического конуса рефлектора.
  9. Подключите спираль к клеммам питания.

Схема работы

Коллектор состоит из двух главных частей: светоулавливателя и теплообменного аккумулятора, который преобразует энергию радиации в тепловую энергию и передаёт её теплоносителю. Накопители могут быть вакуумными, трубными и плоскими. В первых конструкция похожа на термос: одна труба вставлена в другую, а между ними имеется вакуум, создающий идеальную теплоизоляцию. Благодаря цилиндрической форме труб, солнечные лучи попадают на них перпендикулярно и передают максимум энергии.

Солнечный коллектор состоит из двух главных частей: светоулавливателя и теплообменного аккумулятора

Теплоносителем в таких конструкциях является обыкновенная вода. Она может не только отапливать помещение, но и служить для бытовых нужд. При этом нет выделений углекислого газа в атмосферу, что весьма актуально в наши дни. К тому же не требуется никаких затрат на топливо, а эффективность коллектора составляет 80%. На большей части России в период с марта по октябрь в среднем в сутки солнцем вырабатывается 4−5 кВтч/м2, что позволяет небольшим устройством размером 2м2 нагревать ежедневно до 100 л воды.

Для всесезонного использования коллектор должен иметь обширную поверхность, два контура с антифризом и дополнительные теплообменники. Таким образом, благодаря грамотно использованной энергии можно получать бесплатное тепло 7 месяцев в году, независимо от того ясно на улице или нет.

А вы знали что, родственником солнечного коллектора является солнечный водонагреватель? С историей его создания можно познакомиться здесь: 

Как выбрать устройство для бассейна

В системе нагревания воды для бассейна можно использовать любой вид и конструкцию солнечного водонагревателя. Для того чтобы перемешать воду в бассейне и обеспечить его нормальной циркуляцией, потребуется установка в систему циркулярный насос, что поможет повысить коэффициент полезного действия установки, а для владельца бассейна создаст наилучшие условия для того, чтобы использовать бассейн. Вы можете включить в систему накопительную емкость, а можете создать контур и без нее, но в таком случае в качестве накопителя воды будет сам бассейн.

Основными критериями для подбора водного нагревателя в бассейн являются:

  1. Расположение нагревателя для воды, а также его ориентация в пространстве.
  2. Разновидность устройства (и его стоимость).
  3. Местоположение бассейна (на открытом пространстве, внутри помещения).
  4. Объем чаши бассейна (размеры геометрии и глубина).
  5. Активность пользования бассейном (насколько периодично и количество пользователей).
  6. Период пользования (периодически, по сезонам, круглый год).
  7. Нужный режим температуры воды внутри бассейна.
  8. Система снабжения бассейна водой (разновидность контура, пропускная способность и остальные характеристики технического характера).

Работа подогревающей системы для бассейна будет по такой схеме – температурный датчик, который установлен внутри бассейна, будет определять заданные параметры воды. При температуре, которая ниже, нежели установленная потребителем, по сигналу датчика будет подключаться циркуляционный насос и вода из бассейна начнет поступать в тепловой обменник нагревателя, где температура будет повышаться. Когда вода внутри чаши достигнет требуемой температуры, контроллер автоматически отключает работу циркуляционного насоса и нагревание приостанавливается. Если водонагреватель солнечного типа остывает, то клапана перекрываются, и вода не будет поступать в тепловой обменник. Очень важно, чтобы устройство было расположено правильно, так как именно местоположение буде напрямую отражаться на эффективности его работоспособности.

Во время работы водного нагревателя есть вероятность потерять тепловой энергии, которые могут произойти при:

  • Испарении жидкости на каждом участке системы.
  • Пользовании бассейном (купании людей).
  • Выполнении работ профилактического свойства, а также ремонте системных устройств.
  • Из-за теплопроводности ограждающей конструкции бассейна и разности температуры воды, воздуха и конструкцию

Итак, если опираться на критерии подбора устройства, условия пользования и с учетом вероятности потерь во время работы нагревателя можно подобрать модель из любой ценовой категории, компании-производителя и на основании реальных отзывов пользователей, которых достаточно в Интернете и технических изданиях.

Кварцевые энергосберегающие обогреватели

Кварцевые энергосберегающие обогреватели рассмотрим на примере обогревателей ТеплЭко.

Энергосберегающий обогреватель ТеплЭко — обогреватель, состоящий из кварцевого песка. Производитель из преимуществ выделяет: каминный эффект, экономию, состав раствора из которого изготовлен обогреватель, якобы помогающий экономить электроэнергию.

Подробнее об этих обогревателях тут.

Рассмотрим его с точки зрения экономии.

Производитель заявляет, что потребление обогревателя не более 2-2.5 кВт в сутки при обогреве комнаты 15-18 м3 и номинальной мощности 400 Вт:

Как мы уже говорили, при грубом расчёте на обогрев помещения требуется 1 кВт на 10 м2 (или 100 Вт на 1м2). Возьмем помещение с площадью 20 м2. Для того, чтобы его отопить, нам потребуется 2 кВт = 2000 Вт = 5 обогревателей ТеплЭко, так как мощность одного всего 400 Вт. Один такой «энергосберегающий» обогреватель подойдет для основного отопления помещения площадью 4 м2. Почему на сайте указан объем 15-18 м3 непонятно, ведь при стандартной высоте потолка это 7-8 м2 — а заявленной мощности для этого не хватит.

Реальное потребление электроэнергии для помещения 20 м2 будет равно: 2 кВт (мощность обогревателей) * 12 (время работы) * 30(количество дней в месяце) = 720 кВт в месяц. 1 кВт электричества стоит приблизительно 4 рубля, получается, что для обогрева одной такой комнаты нам нужно потратить около 3000 рублей в месяц.

Рассмотрим конструкцию обогревателя. Ниже приведен скриншот с официального сайта:

Утверждается, что благодаря чистому кварцевому песку достигается высочайшая теплоемкость, а за счет этого время работы обогревателя без потребления электроэнергии составляет от 1.5 до 5 часов.

Теоретически, обогреватель ТеплЭко за счет большой массы и заявленной высокой теплоемкости кварца способен накапливать дешевое тепло при работе по ночному тарифу, а отдавать его в дневное время, когда электричество дорогое. Тогда экономия действительно может быть достигнута. Но давайте посчитаем и проверим, сколько тепла такой обогреватель может накопить и отдать.

Для этого нам понадобится значение удельной теплоёмкости кварца: с= 750 Дж/кг*К

Теперь, чтобы узнать количество накопленного тепла Q, удельную теплоёмкость кварца умножим на вес обогревателя и умножим на разность температур наружной поверхности обогревателя (85С) и температуры воздуха помещении (20С).

Q = 750 Дж/кг * К * 12 кг * (85С-20С) = 585 кДж столько тепла один обогреватель Теплэко может накопить всего за любое время работы.

1 кВт — это 1 кДж/с.

Определим, сколько тепла обогреватель будет отдавать в час после выключения:

585 кДж / 3600 с(1 час) = 162,5 Вт*час. (В ватт-часах учитывается количество потреблённой или произведённой электроэнергии за 1 час)

Как уже ранее было сказано: при грубом расчёте на 1 м2 необходимо 100 Вт для компенсации теплопотерь. То есть этот обогреватель сможет обогреть примерно 1.5 м2 после выключения за счёт запаса, а не целую комнату.

Как сделать солнечный водонагреватель для дома своими руками?

Источником альтернативной энергии являются гелиоколлекторы, прогревающие воду за счет солнечного света.

Это дорогостоящее оборудование, но позволяет экономить до 60% электроэнергии не только летом, но и в зимний период. Существуют варианты, как сделать солнечный водонагреватель своими руками.

Водонагревательные гелиосистемы используют в бытовых условиях для обеспечения дома горячей водой, отопления, подогрева воды в бассейне и т.д.

Солнечные водонагреватели для дома

Гелиосистема нагрева воды состоит из:

  • Коллектор. Представляет собой совокупность труб небольшого диаметра. Проходя по ним, вода успевает прогреться солнечным светом.
  • Электронасос, создающий давление воды в системе. Некоторые модели работают за счет естественных сил гравитации.
  • Система трубопроводов.
  • Накопительный бак для прогретой воды. Целесообразно устанавливать, когда велика вероятность частой смены погодных условий. Бак сохранит горячую воду на следующий (пасмурный) день Предусмотрен не во всех моделях. Кроме того, внутри накопительной емкости может устанавливаться электроТЭН, чтобы подогревать воду до нужной температуры в пасмурные дни. Даже в этом случае наблюдается значительная экономия электричества.

Типы водонагревательных систем:

подаче воды:

  • активные – вода подается электронасосом;
  • пассивные – подается естественным путем.

контура (у активных модификаций):

  • с открытым контуром, в котором непосредственно циркулирует жидкость, использующаяся для горячего водоснабжения;
  • с закрытым контуром (заполняются антифризом, другой жидкостью, позволяющей использовать водонагреватель при минусовой температуре. Циркулирует внутри змеевика, прогревая жидкость внутри накопительного резервуара).
Читайте также:  Монтаж системы отопления частного дома своими руками — схема

прогревания воды:

  • накопительные (вода прогревается в емкости);
  • проточные (течет по протяженной системе труб теплообменника, прогреваясь солнечным теплом).

Накопительный водонагреватель

Отличительная особенность – наличие накопительной емкости, где вода прогревается теплообменником, который может быть заполнен антифризом, так как это вещество не замерзает при минусовой температуре.

Вещество постоянно циркулирует по гелиосистеме. Наружный контур сооружен довольно протяженным, чтобы жидкость успевала прогреться, проходя через него.

Нагретое вещество поступает во второй контур, расположенный внутри накопительного бака, отдает тепло воде, затем, охлажденное, возвращается обратно.

При помощи такой циркуляции постоянно прогревается вода для отопления, системы горячего водоснабжения.

Объем резервуара варьируется в зависимости от нужд, требований. Также внутри бака может располагаться дополнительный электроТЭН, либо второй прогревающий контур (от электро-, газоснабжения). Предназначен для вспомогательного подключения в случаях, когда солнечного света недостаточно для отопления дома, прогрева воды до нужной температуры.

Накопительная гелиосистема своими руками

При наличии необходимого оборудования, материалов вполне под силу сделать накопительный нагреватель воды самостоятельно. Как правило, такие устройства широко используются на дачах в летний период для обустройства летнего душа. При должной доработке их можно трансформировать до уровня полноценной гелиосистемы, обеспечивающей дом отоплением, горячим водоснабжением.

Плюсы и минусы гелиосистемы

Говоря о солнечных коллекторах в целом, можно выделить следующие их достоинства:

  1. Им присущ более высокий КПД по сравнению с фотоэлектрическими элементами и ветрогенераторами.
  2. Усваиваемая с их помощью энергия является абсолютно бесплатной.
  3. Работа солнечного коллектора полностью безвредна для экологии: используемый ресурс – солнечное тепло – является неисчерпаемым и усваивается напрямую, без сжигания чего-либо и загрязнения окружающей среды.

Теперь укажем слабые места гелиоустановок:

  1. Коллекторы заводского изготовления стоят пока сравнительно дорого – от 500 до 1000 дол. Таким образом, стоимость системы из 2-х коллекторов с монтажом может достигать 2,5 тыс. дол.
  2. Из-за переменчивости погодных условий производительность коллектора не является стабильной.

По той же причине систему приходится оснащать довольно вместительным баком- накопителем с хорошей теплоизоляцией.

Почему на крышах наших домов не видно гелиоустановок

  • К сожалению, солнечная энергия для отопления домапоступает не тогда и не туда, когда и куда нужно. Холодно бывает ближе к полюсам, зимой и по ночам. А максимум солнечного излучения приходится на экваториальные районы, на лето и день. Теплоаккумуляторы худо-бедно помогают сгладить суточные, но не сезонные перепады.

Карта интенсивности распределения солнечного света по территории России. В Западной части страны, где живёт львиная доля населения, солнца мало. А в восточной Сибири, где доля излучения заметно выше, холодно, что затрудняет использование активных систем. Кстати, солнечные панели, вырабатывающие электричество, не столь чувствительны к сильным морозам. В холодной, но солнечной Якутии уже построены и успешно функционируют довольно мощные гелиоэлектростанции.

  • Пассивное отопление солнечной энергией малоэффективно и не способно сколь-нибудь серьёзно обогреть дом в условиях русской зимы. «Окна — на юг» — реально полезный метод проектирования, ничего не стоящий, но помогающий оптимизировать расходы на отопление. А вот некогда относительно популярные в США гелиотеплицы, стены Тромба и их производные постепенно сошли на нет даже у себя на родине.
  • Активные солнечные системы отопления частного дома обходятся весьма недёшево, немало денег придётся отдать за оборудование. Эксплуатация, вопреки некоторым утверждениям, отнюдь не бесплатна: расходуется электроэнергия, требуется обслуживание техники. При нынешних ценах, по сравнению не только с дешёвым природным газом, но даже с довольно дорогими пеллетами, дизтопливом, установка вакуумного солнечного коллектора на подавляющей части территории РФ не окупится вообще никогда, срок окупаемости превышает срок службы оборудования. Лишь в некоторых южных регионах страны солнечные системы отопления частного дома могут быть не убыточны при определённых условиях.

Научная станция на острове Ольхон (Россия). Применение вакуумных коллекторов (справа на крыше) для приготовления горячей воды и гелиопанелей (слева) для выработки электроэнергии имеет смысл, ведь центральных коммуникаций на этом скалистом байкальском острове нет. Однако для полноценного отопления в климате Бурятии солнечных систем недостаточно, греют дом «нормальные» печи, топливо для которых завозят с «большой земли», ведь изводить местный лес на дрова нельзя

Виды солнечных коллекторов

Самым дешевым и простым является плоский коллектор

Читайте также:  Достоинства и принцип работы пеллетных котлов

Коллекторные элементы выпускаются в нескольких вариантах устройства. Существуют модели, предназначенные только для отопительных целей и дополнительно подогревающие воду.

По конструкции и внешнему виду

Коллекторные устройства выпускаются в открытом виде (с незащищенными трубками) и в закрытом – с активными компонентами, запаянными в корпус, который может иметь разные исполнения, к примеру, уплощенное или сферическое. Наиболее дешевыми и прочными являются плоские закрытые модели. Их корпус изготовлен из алюминия, внутри размещены трубы из меди. Они могут быть вмонтированы змеевидно или параллельной прокладкой рядов. По ним может циркулировать газ, вода или жидкость-незамерзайка, выполняющие роль теплоносителя. Сверху на корпусе находится покрытие, состоящее из стеклянного и пропиленгликолевого слоев. Такие модели могут работать круглогодично, подогревать воду до температуры, на 30-40 градусов превышающей воздушную. Но у них есть существенный недостаток: если коллектор ломается, из строя выходит вся система поглощения тепла.

Вакуумные изделия отличаются наибольшей мощностью. В них тоже присутствуют заполненные поглотителем тепла трубки из меди, выложенные рядками. Каждый такой элемент помещен в колбочку из стекла. Вакуумное пространство между стен играет роль проводящего материала и теплоизолятора. Слабой стороной такого исполнения является хрупкость полых стеклянных элементов. С другой стороны, при выходе из строя тут достаточно напрямую заменить поврежденные трубки.

Если важен вклад гелиосистемы в зимнее время, лучше подключить вакуумные коллекторы. Они дольше задерживают тепло и согревают газы и жидкости до более высоких температур. Возможна сборка конструкции прямо на крыше дома. Трубчатая форма позволяет собирать тепло в течение светового дня без подключения добавочных механизмов, следящих за движением солнца.

По принципу работы

Батареи, работающие зимой, нуждаются в уходе

Этот критерий описывает коллекторные элементы с точки зрения автономности. Некоторые типы не нуждаются в электричестве. Это делает их хорошим вариантом для дачного дома или эксплуатации на протяжении определенного сезона. Устройства с механизмом принудительной циркуляции должны перед использованием подключиться к электрической сети. Функционируют они благодаря давлению насосного механизма.

По сезонности

Некоторые потребители предпочитают подключение солнечных панелей только в теплое время года. В коллекторах, рассчитанных строго на данную форму эксплуатации, в роли теплоносителя выступает вода. При температуре ниже нуля она превращается в лед, поэтому с наступлением холодов такие установки демонтируют. Другие модели допускают круглогодичное использование. В теплое время года они способны обеспечить потребителя горячей водой, а в холодное – поддерживают температуру воздуха на определенном уровне.

Изготовление коллектора из пивных банок

Это практичная и дешевая альтернатива описанным выше моделям гелиосистем. Она характеризуется низкой себестоимостью, ведь главное – запастись достаточным количеством жестяных банок (это будет нетрудно для любителей «коки» или баночного пива).

Солнечный коллектор из алюминиевых банок

Обратите внимание! Банки обязательно должны быть из алюминия – этот металл обладает высоким теплообменом и устойчивостью к коррозии. Поэтому при подготовке проверьте каждую банку с помощью магнита.

Технология изготовления

Первый этап. Сначала проделайте в дне каждой банки по три отверстия, каждое размером с ноготь. Сверху сделайте вырез в форме звезды и отогните края наружу – это улучшит турбулентность подогретого воздуха.

Как сделать солнечный коллектор

Второй этап. Далее обезжирьте банки и сложите их в трубы соответствующей длины (в зависимости от размеров стены). Дно и крышка будут почти идеально прилегать друг к другу, а незначительные зазоры между ними обработайте силиконом.

Обратите внимание! Силикон должен выдерживать перманентно высокую температуру, иначе ваша конструкция рассыплется в процессе эксплуатации.

Не смещайте банки, пока силикон полностью не высохнет. Можете использовать для этого самодельные шаблоны – две доски, сбитые под углом (своего рода желоб). Это обезопасит трубы от боковых смещений.

Солнечный коллектор из алюминиевых банок

Третий этап. Далее приступите к сборке корпуса. Для задней стенки используйте лист обычной фанеры необходимого размера. Можете сверху и снизу короба установить специальные деревянные планки с отверстиями под трубы – так вы добьетесь более надежной фиксации.

Как сделать солнечный коллектор

Четвертый этап. Уложите трубы в короб и закрепите все тем же силиконовым герметиком. Потом выкрасите их черной краской – темные цвета, как известно, притягивают солнечные лучи. Между трубами проложите минеральную вату. Когда краска высохнет, закройте коллектор листом сотового поликарбоната.

Достоинства и недостатки

Потолочные нагреватели обладают рядом важных достоинств, среди которых:

  • экономичность;
  • повышенная теплоотдача;
  • низкий уровень шума;
  • автономность;
  • не существует проблемы поглощения кислорода;
  • не выделяют неприятных запахов;
  • незначительные размеры;
  • нет нужды в проектных работах;
  • есть возможность установки своими руками (хотя продавец наверняка навяжет собственный монтаж);
  • возможна установка на подвесные потолки;
  • легкость в управлении.

Достоинства и недостатки

Помимо достоинств инфракрасные аппараты имеют и недостатки:

  • возможность перегрева при продолжительной эксплуатации;
  • немалая стоимость;
  • стационарность оборудования.