Изготовление солнечного концентратора. Солнечные концентраторы. Виды и особенности. Применение. Преимущества — опробованная технология

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.

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:

использование различных жидкостей;
воздушные конструкции.

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:

поддержания давления в системе;
замены аванкамеры;
распределения нагретой воды.

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.

Солнечную энергию можно собирать и использовать разными способами. Один из самых простых и эффективных - зеркальный рефлектор и концентратор. Его не сложно изготовить своими руками.

Рефлектор отражает солнечные лучи и концентрирует их на ёмкости с водой. Та нагревается и вскипает, выдавая струю пара. Конструкция устройства довольно проста, главное - чтобы зеркала автоматически поворачивались на нужный угол и следили за Солнцем.

Полученный пар направляем, например, в духовой шкаф для приготовления пищи, по трубам на обогрева дома, в турбину для генерации электроэнергии, в двигатель, холодильник и т.д. На самом деле, если посмотреть на какой-нибудь производственный процесс, то почти любую его часть можно перевести на пар.

Самодельный парогенератор Solar-OSE на линейных зеркалах с управлением от платы Arduino на французской конференции мейкеров POC21 , посвящённой самодельным экологическим проектам.

Недавно авторы выложили в открытый доступ под лицензией Creative Commons инструкцию по сборке устройства. Такой компактный прибор на 1 кВт отлично подходит для малого бизнеса, особенно в сельской местности. Если объединить несколько модулей, то мощность повышается в несколько раз.

По оценке мейкеров, стоимость всех деталей парогенератора составит примерно $2000, но есть разные варианты экономии.

Примерное время сборки: 150 часов. Одна неделя, три человека.

В инструкции приводится полный список и размеры всех материалов, а также необходимые для работы инструменты.

Источники энергии, такие как электричество, уголь и газ, постоянно дорожают.

Людям приходится чаще задумываться об использовании более экологичных систем отопления.

Поэтому было разработано техническое новшество в сфере альтернативных источников тепла . Для этого стали применять солнечные коллекторы.

Солнечный коллектор для отопления

У поверхности этого прибора низкая отражающая способность, за счет чего поглощается тепло. Для обогрева помещения этот механизм использует свет солнца и его инфракрасное излучение .

Чтобы нагреть воду и отопить жилище хватит мощности простого солнечного коллектора. Это зависит от конструкции агрегата. Человек может самостоятельно сделать монтаж оборудования. Для этого не нужно использовать дорогие инструменты и материалы.

Справка. Коэффициент полезного действия профессиональных устройств составляет 80—85% . Самодельные обходятся намного дешевле, но их КПД не более 60—65%.

Конструкция

Строение оборудования простое. Прибор представляет собой прямоугольную пластину, состоящую из нескольких слоев:

покрышка из антибликового закаленного стекла с обрамлением;
поглотитель;
нижняя изоляция;
боковая изоляция;
трубопровод;
стеклянная завеса;
алюминиевый атмосферостойкий корпус;
соединительные штуцеры.

Система включает в себя 1—2 коллектора , накопительную емкость и аванкамеру. Конструкция организована замкнуто, поэтому солнечные лучи попадают только в нее и превращаются в тепло.

Принцип работы

Основа функционирования установки — термосифонная . Теплоноситель внутри оборудования циркулирует самостоятельно, что поможет отказаться от использования насоса.

Нагретая вода стремится вверх, оттесняя тем самым холодную и переправляя ее к тепловому источнику.

Коллектор представляет собой трубчатый радиатор, который вмонтирован в древесный короб , одна плоскость которого сделана из стекла. Трубы при изготовлении агрегата используются стальные. Отведение и подведение выполняются трубами, применяемыми в устройстве водопровода.

Конструкция работает так:

Коллектор преобразует солнечную энергию в тепло.
Жидкость поступает в бак-накопитель через подающую магистраль.
Циркуляция теплоносителя происходит самостоятельно либо с помощью электронасоса . Жидкость в установке должна отвечать нескольким требованиям: не испарятся при высоких температурах, быть нетоксичной, морозоустойчивой. Обычно берут воду дистиллированную, смешанную с гликолем в пропорции 6:4.

Солнечный концентратор

Прибор для аккумулирования энергии лучей солнца, имеет функцию теплоносителя. Служит для фокусирования энергии на приемнике излучателя внутри изделия.

Существуют следующие виды:

параболоцилиндрические концентраторы;
концентраторы на плоских линзах (линзы Френеля );
на сферических линзах;
параболические концентраторы;
солнечные башни.

Концентраторы отражают излучение с большой плоскости на маленькую , что помогает достичь высоких температур. Жидкость вбирает тепло и перемещает к объекту обогрева.

Важно! Цена приборов — недешевая, а также они требуют постоянного квалифицированного обслуживания . Используется такое оборудование в гибридных системах, чаще всего в промышленных масштабах и позволяет увеличить производительность коллектора.

Виды коллекторов, работающих от энергии солнца

В настоящее время существует несколько разновидностей солнечных отопительных коллекторов.

Плоский, его монтаж своими руками

Этот прибор состоит из панели, в которую вмонтирована пластина абсорбера. Этот вид устройств самый распространенный. Себестоимость агрегатов демократичная и зависит от вида покрытия, фирмы производителя, мощности и площади обогрева. Цены на оборудование такого типа — от 12 тыс. рублей.

Фото 1. Пять солнечных коллекторов плоского типа, установленных на крыше частного дома. Приборы находятся под наклоном.

Сфера применения

Подобные коллекторы чаще устанавливаются в частных домах для отопления комнат и снабжения помещения горячей водой. Приборы справляются с тем, чтобы подогреть вод для летнего душа на даче. Эксплуатировать их уместно в теплую и солнечную погоду.

Внимание! Поверхность коллекторов нельзя затемнять другими постройками, деревьями и домами. Это негативно отражается на производительности. Монтируется оборудование на крыше либо фасаде здания, а также на любой подходящей поверхности.

Вам также будет интересно:

Конструкция плоского коллектора

Состав прибора:

защитное стекло;
медные трубки;
теплоизоляция;
поглощающая поверхность с высокой степенью абсорбции;
алюминиевая рама.

Коллектор, у которого присутствует трубчатый змеевик, является классическим вариантом. Как альтернативу в самодельных конструкциях применяют: полипропиленовый материал, алюминиевые банки из-под напитков, резиновые садовые шланги.

Дно и грани системы обязательно нужно теплоизолировать. Если абсорбер соприкасается с корпусом, то возможны потери тепла. Внешняя часть устройства защищена закаленным стеклом с особыми свойствами. В качестве теплоносителя берётся антифриз.

Принцип действия

Жидкость нагревается и поступает в накопительную емкость, из которой в охлажденном виде перемещается в коллектор. Конструкция представлена в двух вариантах : одноконтурная и двухконтурная. В первом случае жидкость сразу идет в бак, во втором — проходит по тонкой трубке через воду в емкости, прогревая объем помещения. По мере движения она охлаждается и перемещается обратно в коллектор.

Фото 2. Схема и принцип работы солнечного коллектора плоского типа. Стрелками указаны части прибора.

Плюсы и минусы

Агрегаты подобного типа отличаются следующими достоинствами:

высокой производительностью;
низкой себестоимостью;
длительной эксплуатацией;
надежностью;
возможностью самодельного монтажа и обслуживания.

Плоские коллекторы подходят для работы в южных областях с теплым климатом. Их минусом является высокая парусность из-за большой поверхности, поэтому сильный ветер может сорвать конструкцию. Производительность падает в холодную зимнюю погоду. Устанавливать агрегат в идеале следует на южной стороне участка или дома.

Вакуумный

Прибор состоит из отдельных трубок, объединенных вверху и составляющих единую панель. По сути, каждая из трубок является самостоятельным коллектором. Это эффективный современный вид, пригодный к использованию даже в холода. Вакуумные устройства более сложные по отношению к плоским, поэтому стоят дороже.

Фото 3. Солнечный коллектор вакуумного типа. Прибор состоит из множества трубок, закрепленных в одной конструкции.

Сфера применения

Применяются для горячего водоснабжения и обогрева больших посещений . Чаще используются на дачах и в частных домовладениях. Монтируются на фасадах зданий, скатных или плоских крышах, специальных опорных конструкциях. Функционируют в холодном климате и при коротком световом дне, не снижая при этом эффективности. Из-за высокой действенности применяются также на сельскохозяйственных угодьях, промышленных предприятиях. Этот тип распространен в государствах Европы.