Солнечный коллектор для отопления дома своими руками

Солнечный свет поймать несложно

Тепло в жилище наиболее актуально в холодное время года. А горячая вода нужна независимо от погоды. Она является одним из главных достижений человеческой цивилизации в организации условий современного быта. Но горячая вода требует расходов энергоносителей, которые в целом постоянно дорожают. И только солнце, и ветер по-прежнему остаются бесплатными. К тому же для них не существует никаких расходов для утилизации «отработки». Потому, что её просто нет.

Солнечный свет напрямую можно использовать как энергоноситель. При этом сохранится чистый воздух, а окружающая природа останется нетронутой. И такое использование возможно на достаточно большом пространстве Земли по обе стороны от экватора вплоть до высоких широт. Для эффективного преобразования лучистой энергии солнца надо технически грамотно изготовить коллектор и правильно его расположить.

Модернизация летнего душа

В принципе, солнечные коллекторы существуют с давних пор. Получение горячей воды для летнего душа в бочке, установленной на крыше, применяется, чуть ли не в каждом частном доме или даче. Это простое и эффективное решение с горячим водоснабжением. Но только при безоблачном летнем небе. Специальные конструкции коллекторов дают возможность значительно расширить возможности от использования солнечной энергии. При определённых условиях даже в холодное время года в высоких широтах коллекторы могут внести заметный вклад в отопление частного дома или дачи.

В основе многих конструкций коллекторов используется свойство поглощения света поверхностью чёрного цвета. Уже упомянутая бочка летнего душа также всегда окрашивается в чёрный цвет. От этого металл быстрее и сильнее нагревается и передаёт тепло воде, налитой в бочку. Но эту конструкцию можно усовершенствовать. В первую очередь, потребуется коллектор, в котором вода должна нагреваться как можно быстрее. При этом получаемая температура её должна быть как можно более высокой.

Чтобы перечисленные свойства получились в коллекторе, потребуется максимально большая по площади металлическая поверхность, приемлемая для существующих условий использования и расположенная относительно солнца так, чтобы лучи падали на неё под прямым углом или под углом, близким к прямому углу. Цвет поверхности должен быть чёрным.

Под поверхностью должна циркулировать вода. Чем тоньше будет слой этой воды, тем быстрее она нагреется. Но металлическая поверхность отдаёт тепло не только воде, но и окружающему воздуху. Поэтому её надо поместить в коробку с хорошими теплоизолирующими стенками, сделав одну из них, повёрнутую к солнцу, из стекла. В результате получится конструкция, показанная на изображении слева. Бочка для воды по-прежнему выполняет функции самостоятельного нагревателя воды от солнца. Но она усовершенствуется для более эффективного и быстрого нагрева воды. Для этого внутри неё устанавливается теплообменник.

Он делается из труб. Можно сделать вариант в виде спирали из одной цельной легко гнущейся трубки, как на изображении слева.  Другой вариант конструкции возможен из прямых труб соединённых переходниками. Трубы проходят через расширитель либо в стенку бочки, либо сверху неё. Расширитель представляет собой емкость, которая частично заполняется циркулирующей жидкостью и не герметично закрыта. Рекомендуемые соотношения площади остеклённой части коллектора, объёма бочки или бака, а также длины теплообменника внутри бочки приведены в таблице показанной далее:

Основные «коллекторные» нюансы

Для того чтобы нагрев воды происходил с учётом естественной циркуляции надо правильно расположить бочку и теплообменник. Нагретая жидкость легче холодной и устремляется вверх. Поэтому бочка должна быть установлена так, чтобы её дно располагалось выше коллектора так, как показано на изображении ниже.

Однако такие конструкции могут быть использованы не только для получения горячей воды. Аналогично можно нагревать и воздух, подавая его уже нагретым внутрь дома. Крыша и стена на солнечной стороне наилучшее место для размещения таких коллекторов:

При изготовлении коллектора своими руками рекомендуется обратить внимание на такие моменты:

• Деревянные детали перед изготовлением надо обязательно обработать средством от развития гнили и прочей «живности», которая предпочитает тепло и влажность.
• Лучше всего поглощает солнечное тепло поверхность чёрного цвета без блеска. Но поскольку окрашенная поверхность может нагреваться до 70 – 80 градусов по Цельсию надо применять специальные краски или лаки. Иначе окрашенная поверхность потрескается и облупится, а стекло помутнеет из-за испарений нагретой краски. Окрашенный деревянный короб коллектора надо полностью высушить и только после этого закрывать стеклом. Иначе внутри получится «баня» с выпадением конденсата.
• Используйте слой теплоизоляции более 0,5 см толщиной. По возможности применяйте минеральную вату со специальной пропиткой с водоотталкивающими свойствами. Без пропитки минеральная вата должна быть сухой. Иначе её теплоизоляционные свойства существенно ухудшаются. Поэтому коробка коллектора должна быть герметична, чтобы сырость и влага не проникали внутрь.
• Трубы, соединяющие коллектор с баком должны быть надёжно теплоизолированы. Рекомендуется использовать для этого соединения металлопластиковые трубы.
• Для нагрева теплоносителя в коллекторе рекомендуется использовать оцинкованные стальные трубы прямоугольного сечения. Трубы располагаются вплотную одна к другой узкой стороной и скрепляются герметиком. В результате получится теплообменник. Его можно сделать по отношению к циркулирующей внутри него воде как «змейку». Для этого в стенках на концах смежных труб делаются отверстия для поочерёдного прохождения воды. Также можно изготовить теплообменник в виде параллельных труб между верхней и нижней объединяющими трубами. Для окрашивания теплообменника рекомендуется использовать автомобильную краску или лак для покрытия глушителей автомобильных двигателей.
• Весьма желательно чтобы конструкция коллектора позволяла изменять его положение относительно солнца. Во время прохождения солнца через самую высокую точку днем примерно в середине каждого месяца рекомендуется подстраивать наклон коллектора так, чтобы солнечные лучи были перпендикулярны его поверхности.
• Необходимо поддерживать стекло коллектора в чистоте, поскольку от его прозрачности в значительной мере будет зависеть количество аккумулируемого водой тепла.
• Необходимо своевременно освобождать коллектор от воды до наступления морозов. Иначе следует заменить воду незамерзающей жидкостью.

Солнечный коллектор для душа наверняка воспринимается всеми без исключения, как наилучшее решение для получения горячей воды в тёплое время года. Воздушный коллектор, скорее всего, вызовет у многих скептическое отношение. Особенно у жителей высоких широт. Безусловно, в холодное время года он не обогреет жилой дом, если за окном будет мороз. Но такой коллектор поднимет температуру в доме на несколько градусов. Увеличение температуры на каждый градус в холодное время года требует расходов газа, электроэнергии, дров, которые стоят всё дороже из года в год. А солнце светит для всех одинаково бесплатно.