Схемы установки солнечного коллектора
В автономных системах обогрева и горячего водоснабжения обязательно нужно использовать накопительный бак для аккумуляции тепловой энергии. Связано это с тем, что распределение тепла, которое генерирует гелиоустановка, не пропорционально расходу энергии. Поэтому полученные ресурсы сначала аккумулируют в специальной емкости, а потом только потребляют по мере необходимости.
Специалисты рекомендуют использовать для этой цели стандартный накопительный бак для системы горячего водоснабжения или, как альтернативный вариант, — буферную емкость из автономной отопительной системы. Грамотно построенная конструкция подразумевает соединение коллектора с дополнительным теплообменником, который напрямую контактирует с накопительным баком. Существует пять проверенных на практике схем подключения оборудования.
№1. ГВС с естественной циркуляцией материала-теплоносителя
Данная схема используется преимущественно на малых площадях (например, для летнего душа), но вполне применима и для небольших строений — бани или дачного домика. Солнечный коллектор нужно установить ниже уровня накопительного бака не более, чем на 1 метр. Благодаря этому будет обеспечена естественная циркуляция жидкости в системе. Для соединения аккумулирующей емкости и коллектора желательно использовать трубы на ¾ дюйма.
Если вы планируете использовать горячую воду в вечернее время, накопительный бак нужно утеплить или купить готовую емкость, функционирующую по аналогии с термосом
Обратите внимание, что слой утеплителя не должен быть меньше 10 см. Это самая доступная схема подключения солнечного коллектора, однако она имеет один недостаток — минимальную инерционность
При минусовой температуре окружающей среды воду придется сливать, чтобы не допустить разгерметизации водопроводных труб.
№2. Зимний вариант установки солярного коллектора для ГВС
В данном случае теплоноситель для солнечных коллекторов — антифриз. Это позволяет избежать замерзания воды в трубах зимой. Но здесь нужно использовать аккумулирующую емкость косвенного нагрева с медным змеевиком. Непрерывная циркуляция жидкости происходит непосредственно между внутренними магистралями гелиосистемы и змеевиком, установленным в накопительном баке.
Данная схема монтажа рассчитана на естественную циркуляцию, но желательно «прогонять» теплоноситель для гелиосистем принудительно, используя циркуляционный насос. Дополнительно нужно установить расширительный бак.
№3. Схема подключения коллектора для отопления дома
Этот вариант подразумевает использование емкости косвенного нагрева, которая работает на твердом или «голубом» топливе. Поздней весной и летом котел можно отключать, поскольку воду будет нагревать коллектор. А вот зимой эффективность гелиосистем в северо-восточных регионах России не очень велика, так как интенсивность солнечного излучения минимальна. По этой причине коллектор используют в качестве источника дополнительного подогрева к отопительным системам.
Но даже в этом случае владелец дома получает возможность более рационально расходовать традиционные энергоресурсы. Чтобы обеспечить отопление дома в зимний период при помощи только одного солнечного коллектора, габариты всей конструкции должны составлять не менее 30–40% от площади здания.
№4. Монтаж гелиосистемы для отопления и ГВС
Типовая схема подключения объединяет сразу два варианта, то есть подходит одновременно для организации автономного отопления и горячего водоснабжения. Здесь применяется двухконтурная теплоаккумулирующая емкость— помимо медного змеевика, монтируется также дополнительный внутренний резервуар.
Такая схема установки дает возможность отделить техническую жидкость от питьевой воды. Для автоматизации процесса нагрева теплоносителя в систему интегрируют специальный контроллер солнечного коллектора, который позволяет избежать перерасхода энергоресурсов за счет контроля над температурой теплоносителя в гелиосистеме и температурой воды в буфере.
№5. Установка коллектора для подогрева бассейна
Данная схема не подходит к системе отопления, а используется, когда необходимо нагреть воду в открытом бассейне переносного типа. Чтобы обеспечить циркуляцию жидкости, допускается использовать стандартную погружную помпу. Если на вашем участке находится стационарный бассейн, для большего удобства оборудование лучше подключить к бытовой автоматизированной насосной станции.
Вакуумный коллектор
По сравнению с плоским устройством, вакуумный коллектор имеет другую конструкцию. Основными рабочими элементами принято считать вакуумированные трубки, а также теплоноситель. Благодаря высокоселективному покрытию стеклянная поверхность устройства поглощает большое количество солнца. Солнечная энергия начинает быстро нагревать внутренний теплоноситель. Ликвидация теплопотерь происходит при помощи вакуумной прослойки. Аккумулированное тепло проходит через теплосборник, двигаясь к самой системе устройства.
Полученную энергию можно применять для нагрева жидкости в накопительном баке.
Если рассматривать работу в целом, то вакуумный коллектор обладает наибольшей производительностью, по сравнению с плоским устройством. Агрегат можно устанавливать на крышу частного дома, в оранжереи, теплицы, парники, летние душевые кабины.
Самым лучшим изолятором считается вакуум.
Контроллер MPPT или PWM?
Между солнечной панелью и АКБ для контроля уровня заряда батареи и выдачи заданного напряжения устанавливают контроллер.
Ошибка №19
Приобретение малоэффективного PWM или ШИМ контроллера.
Берите только MPPT. Благодаря ему вы сможете “высосать” из солнечной батареи максимум возможного. 
PWM наоборот при абсолютно одинаковых условиях ограничивает выдаваемую мощность на 20-30%. Почему так происходит?
Вот самое понятное и наглядное объяснение, что есть в сети.
https://youtube.com/watch?v=-b7TDtjR0S4%3F
Кроме того, через MPPT контроллеры можно спокойно подключать к системе большие сборки солнечных панелей на напряжение 12V-24V.
Объединив их в так называемые “стринги” (последовательно подключенная цепочка), суммарно можно будет передавать с крыши напряжение свыше 100В. Главное, чтобы ваш контроллер был на это рассчитан. 
С такой “напругой” потери в проводах снизятся до минимума, а MPPT просто преобразует данное напряжение до необходимого уровня подзарядки АКБ.
Ну а лучшее решение – это комбинированный гибридный инвертор. Он в своей сборке сразу содержит MPPT контроллер и инвертор.
Еще он умеет подключаться параллельно к сети 220В и в автоматическом режиме добавлять недостающие киловатты (функция “подмешивания”). Это когда солнечная станция и батареи не справляются с нагрузкой.
В нормальном режиме источник постоянного тока (АКБ) для него приоритетнее. Из сети он ничего брать не будет.
При этом не путайте, не все гибридные инверторы всеядны и одновременно совместимы с ветрогенераторами. Для одновременной работы СЭС и ветряка нужно подбирать специальные модели.
Устройство и виды
Условно данные системы можно классифицировать на два вида:
- жидкостные (о которых мы говорим в данном материале);
- воздушные солнечные коллекторы, в которых используется не жидкость, а нагретый воздух.
Также они разделяются по КПД, ведь обеспечивают различную теплоотдачу. Это зависит от материалов, используемых для изготовления батареи, ее площади. Оптимальным местом расположения абсорбера является крыша:
- попадает максимальное количество солнечного света,
- имеет большую площадь,
- установленная на крыше батарея не занимает полезное пространство, никому не мешает.
Воздушный солнечный коллектор
Конструкция солнечного коллектора может быть нескольких видов, основные:
- вакуумный отопительный коллектор, имеющий самую сложную конструкцию. Вакуумные солнечные коллекторы отлично подходят для обогрева помещений, нагрева воды в любое время года, они полностью обеспечат небольшой дом, коттедж;
- плоский солнечный коллектор может быть жидкостным и вакуумным. Это наиболее распространенный тип поскольку достаточно прост в монтаже, при этом эффективен, может обеспечивать дом необходимым количеством тепла для обогрева помещений, водой для хозяйственных нужд;
- термосифонный — в качестве абсорбера используются стеклянные или металлические трубки;
- трубчатый — самый простой тип, изготовить который можно для дачи, достаточно примитивный, не подходит для использования в зимнее время.
Нас интересует конструкция, которая обеспечивает наличие горячей воды и отопления в доме в любое время года, остановимся на двух оптимальных вариантах, рассмотрим устройство вакуумного солнечного коллектора и плоского.
Плоский коллектор
Это наиболее распространенный вид коллектора, который можно изготовить самостоятельно. Хорошо подходит для использования в теплое время года для подогрева воды, зимой коэффициент полезного действия снижается.
Особенность конструкции состоит в следующем:
- корпус имеет плоскую прямоугольную или квадратную форму, выполнен из металла или другого материала, имеющего высокий показатель теплопроводности, покрыт черной краской;
- внутри располагают пластину, в которой уложен змеевик из медной трубки небольшого сечения;
- по трубкам циркулирует теплоноситель: вода, пропилен-гликоль, антифриз, другие подходящие жидкости;
- также внутри корпуса укладывают теплоизоляционный материал, который минимизирует потери тепла;
- собирая коллектор такого типа, нужно запастись листом поликарбоната или стекла, который будет служить крышкой и выполнять две функции: препятствовать проникновению мусора, осадков, усиливать подогрев.
Составная часть плоского солнечного коллектора
Вакуумный коллектор
Для водяного отопления можно использовать солнечные коллекторы вакуумного типа. Благодаря конструкционным особенностям они являются более мощными: способны вырабатывать тепловую энергию, которой хватит на подогрев воды и отопление помещений.
Особенности конструкции:
- минимизировать потери позволяют трубки, которые помещаются в колбах с выкачанным воздухом;
- сверху трубки покрыты абсорбционным материалом, поглощающим световую энергию, внутри — наполнены антифризом (хладагентом);
- концы трубок соединены с трубой, по которой проходит теплоноситель;
- при нагреве антифриз закипает, преобразуется в пар, который, в свою очередь, поднимается вверх и нагревает теплоноситель;
- у данной конструкции есть недостаток: если хоть одна трубка выйдет из строя, ремонт становится довольно проблематичным, так как они соединены последовательно. Придется производить замену всех «внутренностей».
Воздушная солнечная система из вакуумных трубок
Такой воздушный солнечный коллектор для отопления будет более эффективен и пригоден для того, чтобы поддерживать температуру в системе в любой сезон. Хотя в холодное время КПД работающего коллектора может незначительно снижаться из-за короткого светового дня и малой световой активности.
Совет по уходу! Обратите внимание на внутреннюю поверхность накопительного бака для воды, она со временем покрывается накипью, нужна очистка. Периодичность зависит от качества воды в местности
Как сделать солнечный коллектор для отопления дома своими руками?
Какие материалы понадобятся, и сколько это стоит?
- Ёмкость объёмом 200─300 литров (разброс цен довольно большой, от 4 до 12 тысяч рублей);
- Стекло 2─3 квадратных метра (около 1 тысячи рублей) и рама под него (около 500 рублей);
- Доски для корпуса. Толщина должна быть не менее 25 мм, а ширину можно взять 100, 120, 140 мм (цена 1 доски 3 метра примерно 300─500 рублей);
- Крепёж для корпуса: соединительные уголки, гвозди, саморезы;
- На дно можно использовать ДСП или оргалит, чтобы снизить вес (200─300) рублей;
- Оцинкованное железо (300─400 рублей). Можно положить профиль, выкрашенный в чёрный цвет;
- Трубы для радиатора. Здесь цена будет зависеть от того, что вы будете использовать: железо, пластик, медь;
- Теплоизоляционный материал (упаковка 500─700 рублей).
Цена может отличаться в зависимости от того, какие размеры вы будете выдерживать. Ниже будет описан процесс изготовления коллектора в общем случае. Вполне возможно, что вы внесёте в него свои поправки. Если вы собираетесь изготавливать солнечный коллектор из поликарбоната своими руками, то в стоимость нужно включить его необходимое количество. Варианты с этим материалом часто можно встретить на дачных участках и в частных домах.
Изготовление солнечного коллектора
Сначала нужно изготовить короб. Помимо стенок желательно сделать распорки из досок и бруса, чтобы усилить. Дно делается ДСП или из оргалита. На него нужно уложить теплоизоляционный слой. Это может быть минеральная вата, пенополистирол и подобные материалы. Поверх укладывается жестяной лист. Далее устанавливается теплоприёмник и крепится к коробу. Перед установкой все детали окрашиваются в чёрный цвет матовой чёрной красной. Краску выбирайте теплостойкую. Нужно покрасить жестяной лист, радиатор, соединения и т. п.
Короб для солнечного коллектора
После этого проводится соединение в единую систему с помощью труб и подключение к водоснабжению. Желательно, чтобы в коллекторе было умещено максимальное количество труб. Постараться разместить хотя бы 10─12. Заполнение системы делается с нижней части, а именно, с радиатора. Так не будет возникать воздушных пробок. После наполнения системы водой из водяной камеры пойдёт вода через дренажную трубку.
Нужно заполнить бак, вода начнёт циркулировать и нагреваться. Нагретая вода будет вытеснять холодную, поднимаясь вверх. В результате холодная вода снова будет поступать в теплоприёмник. Когда в водяной камере сработает поплавковый клапан, то холодная вода опять пойдёт в нижнюю часть. Так происходит циркуляция и нет смешивания воды с разной температурой. На ночь подачу воды в накопитель лучше перекрывать, чтобы избежать тепловых потерь.
https://youtube.com/watch?v=oIQEh6UO104
Разновидности жидкостных автономных отопительных систем
Отопительные системы обогрева индивидуального дома с использованием в качестве теплоносителя воды и незамерзающих жидкостей (антифризов) отличаются по ряду признаков, основные различия:
По типу используемого топлива. Самыми популярными видами энергии для нагрева теплоносителей являются электричество, газ, жидкие горючие углеводородные смеси (дизельное топливо, мазут, масло, керосин), большое количество твердых горючих материалов – дрова, уголь, торфяные брикеты и пеллеты различного состава. Электроэнергия может быть получена как от энергетических компаний, так и самостоятельно при использовании солнечных батарей, ветровых или гидравлических генераторов.
По виду тепловых генераторов. В современных отопительных системах для передачи энергии теплоносителю используют нагревательные котлы, имеющие конструктивные особенности и различия между аналогами для каждого вида топлива. При недостатке средств многие умельцы собирают автономное отопление своими руками, используя вместо заводских котлов самостоятельно собранные конструкции преимущественно на твердом топливе, типичный пример – металлическая печка в жилом помещении с расширительным баком на чердаке и стальной трубопроводной системой с радиаторами.
Рис. 7 Принцип работы и основные узлы газового конвектора
По материалу трубопровода. Полимерные трубы из полипропилена ПП, сшитого полиэтилена и металлопласта РЕХ постепенно вытесняет изделия из металлов, на объектах старой постройки по-прежнему используются наружные стальные трубопроводы для подводки воды к радиаторам. Некоторые домовладельцы при наличии значительных финансовых средств делают подводку теплоносителя через медные трубопроводы полностью или на отдельных участках. Современные продвинутые системы монтируют из специальных тонкостенных стальных труб по обжимной технологии соединения элементов сантехнической арматуры с помощью фитингов.
По методу подачи теплоносителя к теплообменникам. Существуют 2 основных способа подачи нагретой жидкости к патрубкам радиаторов отопления – однотрубный и двухтрубный, иногда используется комбинированное подключение. Для подсоединения трубопровода теплых полов применяется коллекторная разводка, позволяющая подключать к одному распределительному узлу несколько контуров, системы из большого числа радиаторов подсоединяют через гидрострелки или радиаторное коллекторы. При подключении теплообменных радиаторов используют различные схемы разводки трубопроводов – лучевую, тупиковую, попутную, специальную горизонтальную (ленинградка).
Также существуют различные способы подключения входных и выходных патрубков теплообменных радиаторов к тепловой магистрали – вертикальный, горизонтальный, диагональный, нижний.
Рис. 8 Схемы разводки труб
По расположению накопительного бака. Расширительный бак, являющийся важным элементом любой отопительной системы, может быть герметичного типа заводского изготовления (гидроаккумулятор красного цвета) и вмонтирован в контур в любом удобном месте – такие системы называют закрытыми, так как к теплоносителю не имеется прямого доступа. Перемещение жидкости по трубопроводу в системах данного типа осуществляется с помощью циркуляционного электронасоса, устанавливаемого внизу недалеко от котла рядом с гидроаккумулятором.
У другой разновидности отопительных систем, называемых самотечными, накопительный бак устанавливается вверху на чердаке, трубопроводы имеют небольшой уклон при подходе к радиаторам, на их выходе малый угол наклона выдержан в сторону котла. Циркуляция жидкости в системе происходит самотечным методом за счет того, что нагретая вода или антифриз имеют меньшую плотность и поэтому выталкиваются вверх более плотными холодными слоями.
Рис. 9 Открытая отопительная система
Отечественные производители солнечных коллекторов для дома
Популярным производителем солнечных коллекторов является компания Новый полюс, которая предлагает широкий ассортимент моделей по демократичным ценам. Особое место занимают плоские устройства, выполненные из алюминия. Теплоноситель циркулирует по медным трубкам, оснащенным двойной изоляционной защитой, благодаря чему обеспечивается эффективная работа системы при низких температурах.
Отечественная компания Новый полюс предлагает широкий ассортимент коллекторов
Оборудование для отопления дома можно приобрести в комплекте с накопительным баком, контроллером температуры и циркуляционным насосом. Средняя цена солнечного коллектора составит 20-22 тыс. руб.
Другим успешным производителем преобразователей солнечной энергии в тепловую является компания АльтЭнергия, которая выпускает плоские и вакуумные коллекторы. Первый вариант изделий может поставляться совместно с бойлером объемом 200-500 л, который работает по принципу косвенного нагрева. Вакуумные коллекторы комплектуются накопительными емкостями на 100-1000 л и циркуляционными насосами.
Плоское устройство будет стоить около 13 тыс. руб. Цена вакуумного солнечного коллектора составит 35-50 тыс. руб.
Плоский солнечный коллектор от АльтЭнергия будет стоить около 13 тыс. рублей
Отечественный производитель АНДИ Групп специализируется на изготовлении коллекторов вакуумного типа. Главной особенностью изделия является их возможность адаптироваться к сложным погодным условиям. Коллекторы способны преобразовывать энергию даже в пасмурные дни. Каждая колба имеет трехслойное покрытие, благодаря которому обеспечивается максимальное поглощение солнечного излучения. Купить солнечный коллектор можно в среднем за 25-35 тыс. руб.
Компания НПО Машиностроения выпускает ряд солнечных коллекторов, которые отличаются простой модификацией, функциональностью и доступной стоимостью. При изготовлении изделий задействуют новейшие технологии. Отличительной чертой коллекторов является наличие многослойного поглотителя, который наносится на абсорбер способом магнитного напыления. Данный слой способствует максимальному захвату и удержанию солнечной энергии, благодаря чему КПД устройств составляет 85-90%. Купить гелиосистему можно за 15-20 тыс. руб.
Какие материалы потребуются вам, чтобы изготовить самодельный абсорбер
Обычному обывателю кажется, что самостоятельно изготовить абсорбер на солнечной энергии для отопления своего дома, проведя собственноручное изготовление каждой детали, составляющей устройство, невероятно сложная задача. Однако, для того чтобы сделать подобный абсорбер, который будет выступать как устройство для нагрева воды в системе отопления дома, не нужно приобретение или поиск каких-то экзотических материалов. Вам не придется объездить уйму магазинов в поисках нужного шланга, разыскивая вакуумные трубки. Не переживайте – это все домыслы лентяев и людей, боящихся взяться за дело. Главное, взвешенно подойти к решению проблемы, правильно все спланировать, нарисовать схему и подобрать необходимые материалы.
Коллектор из плоского радиатора
Самодельный плоский воздушный абсорбер с нанесенным селективным покрытием можно изготовить из обычных материалов и компонентов ПНД. Вакуумные трубы из поликарбоната и другие детали можно приобрести по небольшим ценам в любом хозяйственном магазине или супермаркете. Схема для сборки довольно простая, в целях обучения можно просмотреть видео во всемирной сети (таких видео там более чем достаточно). На самом деле в глобальной сети можно найти много специализированной литературы по данной проблеме. Если вы решили сделать задуманную работу на качественно высоком уровне, прочтение определенного количества литературы не станет лишним.
Основная трудность в процессе сборки состоит в том, как именно сделать змеевик (это трубка в извилистой форме, по которой циркулирует жидкость, осуществляя накопление энергии). Здесь есть несколько вариантов исходя из которых, будет составлена схема сборки
Самый простой вариант собрать абсорбер на основе готового змеевика (можно попробовать поискать что ни будь, подходящее для этих целей, важно, чтобы он был вакуумный). Как вариант, может подойти система циркуляции, расположенная на задней стенке холодильника
Второй вариант – это подобрать нужные вакуумные трубки, два-три шланга, пару пластиковых бутылок воды (из них собирается теплоноситель). Для большей уверенности еще раз просмотрите обучающее видео. Трубки для нагрева воды лучше использовать медные. Далее вам потребуется заняться пайкой непосредственно змеевика.
Змеевик из пластиковой трубы
Второй очень значимый элемент, который входит в абсорбер – это верхняя сторона из прозрачного поликарбоната. В условиях промышленного производства покрытие из поликарбоната не используется, лицевое покрытие отливают из закаленного стеклянного сплава. Однако в нашем случае рассматривается самодельный воздушный коллектор, тепловая схема и требуемая эффективность которого допускает использование поликарбоната, так как собирать устройство мы будем из подручных недорогих материалов. Стоит отметить, что существуют схемы сборки где применяют материалы начиная от пивных банок, и заканчивая применением пластиковых бутылок.
Коллектор из поликарбоната
Основные узлы системы отопления
Источником нагрева гелиосистемы служат солнечные коллекторы, целью которых является максимально эффективная передача теплоносителю энергии инфракрасного спектра солнечного излучения. Тепловой диапазон солнечного света составляет 40–45% от общего радиационного потока, в конкретных цифрах это 200–500 Вт/м2 в зависимости от широты, времени года и суток.
В принципе, для построения простейшей гелиосистемы достаточно одних только коллекторов. По их каналам может циркулировать обычная вода, используемая для хозяйственных нужд и обогрева жилья. Однако такой подход недостаточно эффективен по ряду причин, первая из которых — отсутствие восполнения энергопотерь в течение полных суток. Поэтому одним из важнейших элементов системы солнечного отопления служит тепловой аккумулятор — ёмкость с водой.
Схема отопления дома солнечными коллекторами: 1 — подача холодной воды; 2 — теплообменник; 3 — теплоаккумулятор; 4 — датчик температуры; 5 — контур теплоносителя; 6 — насосная станция; 7 — контроллер; 8 — расширительный бак; 9 — горячая вода; 10 — трёхходовой кран; 11 — солнечный коллектор
Также своеобразным ограничением выступает техническое устройство солнечного коллектора. Его каналы имеют довольно малое проходное сечение, из-за чего возникает риск засорения механическими примесями. Также существует высокая вероятность замерзания теплоносителя в ночное время, верхняя же граница диапазона рабочих температур составляет 200–300 °С. Коллекторы рассчитаны на быструю непрерывную циркуляцию теплоносителя, который поступает с низкой температурой, быстро нагревается солнечным светом и так же быстро отдаёт тепло аккумулятору.
Трубки вакуумного U-образного солнечного коллектора
По этим причинам для непосредственного нагрева в тепловых трубках принято использовать пропиленгликоль с набором специальных присадок. Итак, третий обязательный элемент нагревательной гелиосистемы — специальный теплоноситель и обменный контур, который зачастую конструкционно включён в состав теплоаккумулятора, либо может быть частью самого коллектора.
