Солнечный коллектор своими руками

Использовать солнечное тепло с экономической выгодой, хотя бы летом, может позволить себе каждый. Для этого нужен альтернативный источник нагрева воды. Пусть солнце греет воду бесплатно, и как можно эффективнее. Даже если горячей воды будет с избытком, то куда пристроить халяву, рачительный хозяин, всегда найдёт.

Требования к идеальному солнечному коллектору

Сразу поставим условие, что собирать фотоколлектор будем самостоятельно, и полагаться при этом на опыт обычного среднестатистического домовладельца. Хотя это тоже довольно условное понятие: для одних супчик жидкий, а для других жемчуг мелкий…

Требования – максимальная эффективность при минимальных затратах на материалы, при условии технических доступных вариантов сборки в домашних условиях.

Т.е., ничего вроде «вакуумной аргоно-дуговой сварки» и «лазерной пайки» с подложкой из аэрогеля. Нет, все условия максимально приближенны к естественным. Вакуумную трубку в домашней мастерской сделать может только колдун, значит и этот вариант на время забудем.

Устройство и материалы

Стандартный солнечный коллектор, это сеть трубок внутри теплоизолированного короба с одной прозрачной стороной. Основной элемент конструкции от которого начинается расчёт эффективности – абсорбер, или приёмник солнечного излучения. Его задача принять все 100% солнечного света, и ничего не отражая, передать его энергию на теплоноситель.

Самым лучшим проводником тепла с заметным отрывом, из доступных материалов, является медь. Для справки уточним, что алюминий проводит тепло почти в 2 раза хуже, латунь и железо почти в 4 раза хуже, всякие полимеры вообще в сравнение по этому показателю не идут, там отставание минимум на 2 порядка.

И так, трубки должны быть медными, но при этом абсолютно чёрными и не блестящими.

Если их покрасить любой матовой краской, это будет дополнительный слой теплоизоляции. А кроме всего, согласно модели теплопереноса которую доказал более века назад физик Дебай: фононы тепла теряют энергию при переходе из одного слоя материала в другой.

Именно поэтому априори отвергаются всякие плёнки с селективным покрытием.

Т.е., надо химическим способом придать черноту медным трубкам.

Из доступных вариантов в домашних условиях можно зачернить медную трубку «серной печенью».

Рецептура

Делать надо только на открытом воздухе, например на даче или на огороде.

Нужна кальцинированная сода и порошковая сера из расчёта солнечного коллектора площадью 1 кв. м., примерно по 250 грамм каждого реактива.

Закипятите 5 л воды, аккуратно при помешивании засыпьте кальцинированную соду. Как только она раствориться, частями при интенсивном размешивании вводите порошковую серу.

В среднем, реакция при интенсивном перемешивании и средней степенью кипения, занимает 15-30 мин. Должен получить раствор желтоватого цвета с оттенками от светлого зелёного до тёмно-коричневого.

Вот как только он чуть остынет, чтобы резиновые перчатки не плавились на руках, им нужно обработать собранную конструкцию из медных труб.

Уложить её удобнее всего будет в самодельную кювету. Для этого внутрь деревянной рамы из досок, настилается толстая полиэтиленовая плёнка, а края фиксируются.

В зависимости от концентрации раствора, для сообщения медной поверхности радикально-чёрного цвета, может потребоваться от 3 до 10 минут.

После этого изделие промывается под проточной водой и сушиться.

На поверхности образовалась нерастворимая плёнка из сульфида и оксида меди с превосходным индексом селективности по отношению к солнечному свету.

Но сначала надо определиться с количеством материала и сборкой.

Размеры солнечного коллектора, расчёт производительности и цены

Площадь в 1 кв. м. самый оптимальный вариант даже при модульной сборке. Он будет не такой тяжёлый, но зато с него одного можно будет получить в зимний солнечный день приблизительной 100 литров воды нагретой от 10 до 90˚C даже на широте Москвы. К тому же это будет образец для реального обучения – сделайте несколько одинаковых модулей, с возможностью подключения в единую систему. Транспортировать и устанавливать на месте эксплуатации, небольшие модули будет гораздо легче.

Площадь внутренней поверхности абсорбера – 1 м².

ВАЖНО: коллектор собираем для себя, поэтому внутри корпуса используется только медь.

Внизу и вверху будут размещаться медные трубки диаметром 42 мм, цена ≈ 1050 р/м, всего 2 метра за 2100 р.

Между ними медные трубки диаметром 18 мм, надо купить 23 метра и попросить нарезать их длиной по 92 см. Получится как раз 25 трубок. При цене за 1 м ≈ 430 р, общая стоимость 10750 р.

Пояснение: 92 см + 2  трубки по 4,2 см, дают как раз 1 м. ширины модуля.

Сам процесс сверления и сборки в описании не нуждается. Но важно уточнить следующие моменты:

1.Разметьте две большие трубки отрезками через каждые 4 см. В центре каждого из них должно быть отверстие.

ОЧЕНЬ ВАЖНО выдержать их в одной плоскости и направлении!

Лучше всего сделать шаблон с жёсткой фиксацией в тисках. Чтобы не погнуть трубу, вставьте внутрь черенок подходящего диаметра.

2.Противоположные концы больших трубок запаиваются наглухо, в два других должны быть встроены шаровые краны, один сверху и один снизу. Можно использовать такие заглушки (4 шт – 2600 руб).

3.Трубки малого диаметра должны быть наполовину утоплены в листовую медь. Размер медного листа должен быть 1 х 1,7 м.

Дело в том, что длина окружности трубки диаметром 1,8 см, равна 5,6 см. половина длины окружности – 2,8 см. У 25 трубок, общая длина половины окружности 0,7 м. Т.е. это припуск, чтобы обернуть половину каждой труби.

При толщине медного листа 0,5 мм, его цена составит около 5 тысяч.

4.Трубка должна быть припаяна к медному листу по всей длине. Удобнее всего использоваться припой «ПОСК 50-18», у него очень низкая температура плавления ≈ 145˚C, и один из лучших коэффициентов теплопроводности для таких сплавов.

Общая стоимость медных материалов: 2100 + 10750 + 5000 + 2600 ≈ 20,5 т.р.

После сборки надо провести чернение всей медной конструкции включая подложку, как описано выше.

Корпус солнечного коллектора, основные моменты сборки

Собирая корпус солнечного коллектора учитывайте следующие параметры:

1. Толщина теплоизолятора 5 см. Избегайте минераловатных материалов, лучший вариант – пенополиуретан. Он не разрушается до температуры +200˚C.
2. Герметичность коллектора должна быть идеальной, все стыки обработайте силиконовым герметиком.
3. Для остекления надо использовать низкоэммисионные стеклопакеты. Их придётся заказать и лучше вместе с рамой. Стоимость таких стеклопакетов примерно на 8-10% выше обычных, но они отражают до 97% тепла находящегося внутри.
4. Устраивая подставку для солнечного коллектора, попробуйте предусмотреть в ней возможность 3-ёхпозиционной регулировки угла наклона:

• Для зимы – угол наклона в день зимнего солнцестояния;
• Для лета – угол наклона в день летнего солнцестояния;
• Для межсезонья – угол наклона в день весеннего/осеннего равноденствия.

Даже такое несложное управление, значительно повысит эффективность солнечного коллектора. А переставлять углы надо будет примерно 10-12 числа, последнего месяца в сезоне: мае, августе, ноября и феврале.

 

Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на наш канал, Если статья Вам понравилась!

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши КОМЕНТАРИИ   (Ваши Комментарии очень помогают развитию проекта)

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:        

ALTER220 Портал о альтернативную энергию

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее!!!