Солнечный концентратор для отопления дома своими руками
Для нагрева воды, используя энергию солнца, мы используем плоские и вакуумные солнечные коллекторы, но мало кто знает, что это не единственные способы нагрева воды, используя энергию солнца, которые обладают высоким КПД.
В разделе «солнечные печи», я уже описывал подобный концентратор, который можно сделать из спутниковой антенны предназначение которого было для приготовления еды. Но сейчас мы рассмотрим изготовление, своими руками солнечного концентратора применяя его именно для нагрева воды (горячего водоснабжения).
Основное достоинство солнечного концентратора (рефлектора) в том, что они могут достигать более высоких КПД. Фокусируя высокую плотность солнечной энергии в одной точке, они способны превращать воду в пар в считанные секунды.
Для наглядности, хочу представить к вашему вниманию видео, где продемонстрировано, как солнечный концентратор, имеющий небольшую площадь зеркала, может воспламенить дерево, расплавить свинец и т.д.
Но наряду с достоинствами у солнечного концентратора есть существенные недостатки:
1. Необходимо применять сложные системы слежения за солнцем (трекеры), которые в свою очередь не дешевые и потребляют электроэнергию.
2. Зеркало требует постоянной чистки от пыли, которая оседает на поверхность зеркала, тем самым снижая эффективность солнечного концентратора.
Для изготовления солнечного концентратора своими руками нам понадобится ненужная (старая) параболическая спутниковая антенна (неважно прямофокусная или офсетная) которая будет концентрировать солнечные лучи в одной точке.
Если лишней спутниковой антенны у вас в наличии нет, то ее можно изготовить своими руками из картона или ему подобные (для этого посетите сайты посвященные строительству спутниковых антенн). Но, разумеется эффективность будет зависеть от того на сколько точно вы изготовите параболу.
Поверхность концентратора обклеиваем зеркальной пленкой. На мой взгляд, для этих целей наиболее подходит металлизированная пленка с клейким слоем (по типу самоклеющих обоев), но можно приклеить и кусочки зеркал.
Поскольку поверхность спутниковой антенны искривлена, то, разумеется, цельный кусок приклеить не удастся и целесообразно пленку нарезать на тонкие полоски.
Таким образом, можно довольно ровно оклеить всю криволинейную поверхность.
Теперь нужно определить точку фокуса, т.е. место в которой сконцентрированы солнечные лучи. Если вы использовали спутниковую антенну, то точка фокуса будет находиться в районе крепления конвертера. Если параболу вы строили самостоятельно, то точку фокуса можно найти экспериментальным путем. Для этого концентратор устанавливается перпендикулярно солнцу, подносим кусок деревянной доски к центру и постепенно отводим от концентратора. Минимальное солнечное пятно и будет являться точкой фокуса.
Внимание. В данном месте сконцентрирована высокая энергия (в нашем случае порядка 300 градусов, но не забывайте, чем больше площадь параболы тем больше температура будет в точке фокуса) и дерево может воспламениться, поэтому используйте индивидуальные средства защиты (солнечные очки или сварочную маску и кожаные или брезентовые перчатки).
Теплоприемник можно сделать из медной трубки, обмотав вокруг 1/2″ – 3/4″ трубы. Чтобы медная трубка не сплющилась во время намотки, вовнутрь необходимо затрамбовать соль.
Чтобы использовать энергию солнца по максимуму, теплоприемник обязательно необходимо окрасить в черный цвет используя термостойкую краску.
Однако хочу отметить, что если теплоприемник не будет теплоизолирован, то он будет остывать от порывов ветра, соответственно получаем снижение КПД.
Как вариант предлагаю вот такую схему утепленного теплоприемника.
Учитывая, что в данном месте сконцентрирована высокая температура, то в качестве утеплителя необходимо использовать огнеупорные материалы, например муллитокристаллическое волокно, которое используют в газовых горнах и муфельных печах. А стекло использовать закаленное, поскольку обычное от перепадов температур может лопнуть.
Сам теплоприемник можно сделать по типу ватерблоков (радиаторов водяного охлаждения для компьютеров), только, разумеется, изготавливать необходимо исходя из размеров полученного теплового пятна.
Схема подключения солнечного концентратора, будет иметь примерно такой вид.
Разумеется, трубки и бак должны быть теплоизолированны.
поделиться с друзьями >>>
Извините, но ответ «примерно 0,8 кВт» — не о чем!
Эти 0,8 кВт вы чем получаете? Солнечным коллектором, солнечным концентратором, солнечным генератором?
Иногда лучше промолчать, чем ересь высказать!
Извините, но ваши слова тоже не о чем. Если есть что сказать, так скажите, а если нечего то могли бы и промолчать.
Я вижу вы очень хорошо разбираетесь в данной сфере поэтому вопрос адресую вам «Сколько мощность можно получить?«. Ответьте на него более детально.
Действительно, уж лучше промолчать чем нести ересь 
.
При чем здесь ссылка на расчеты по солнечным батареям к солнечному концентрату для нагрева воды (где «нагрузкой» является вода)?
Мало того, к вашему сведению, КПД солнечных батарей не более 25%.
Приведу наглядный пример. Солнечная батарея состоит из множества солнечных элементов http://www.solarsistem.ru/solar_panel_parametri.php , так вот, солнечный элемент из монокристалла разметом 156х156мм, по паспорту вырабатывает максимум 4,3Вт. На один квадратный метр понадобится примерно 42 элемента. Дальше банальная математика 42 элемента умножаем на мощность 4,3 получаем мощность солнечной батареи размером 1 кв.м — 180,6Вт (это грубый расчет).
Пойдем от обратного, если производители монокристаллических солнечных элементов утверждают, что КПД элементов составляет в среднем 20%, то, при 100% КПД эта батарея могла бы вырабатывать 906Вт (разумеется при условии подключении равной нагрузки).
А теперь давайте разберем, о чем я говорил ранее «К сожалению, больше чем дает нам солнце получить не получиться. А солнце нам дает примерно 0,8 кВт энергии на кв.м.«
Поток солнечной энергии на квадратный метр, называется инсоляцией и измеряется она в Вт*ч/кв.м. (Вт это единица измерения не только электрической мощности, но и тепловой, потока звуковой энергии и т.д.).
Но я сознаюсь, что я немного не точно сказал. В разных регионах уровень инсоляции разный и составляет он в среднем 07-1,9кВт*ч/м.кв. Вот вам картинка для наглядности 
Это последствия ухудшающегося образования в нашей стране. Прав много у детей, а знаний мало. Вот и спорят.
Вы всё верно указали и эффективность можно было повысить, в холодно время, соорудив вокруг строение из стеклопакетов.
Что уж говорить про параболический концентратор, если простая стена полусфера, окрашенная в тёмный цвет, способная локально менять микроклимат, прямо на открытом воздухе.
а по утверждению моих знакомых ёмкость, помещённая в тройной стеклянный куб, спокойно закипает.
В Европе уже давно пришли к заключению, что строить солнечные батареи лучше по принципу параболлы, а вместе облучателя подводить охлаждение, занимает мало места, греет попутно воду и коэффициент выше.
Использование «зеленой» энергии, поставляемой природными стихиями, позволяет существенно сокращать коммунальные расходы. К примеру, устроив солнечное отопление частного дома, вы будете снабжать фактически бесплатным теплоносителем низкотемпературные радиаторы и системы теплых полов. Согласитесь, это уже экономия.
Все о «зеленых технологиях» вы узнаете из предложенной нами статьи. С нашей помощью вы запросто разберетесь в разновидностях солнечных установок, способах их устройства и специфике эксплуатации. Наверняка заинтересуетесь одним из популярных вариантов, интенсивно работающих в мире, но не слишком пока востребованных у нас.
В представленном вашему вниманию обзоре разобраны конструктивные особенности систем, детально описаны схемы подключения. Приведен пример расчета солнечного отопительного контура для оценки реалий его сооружения. В помощь самостоятельным мастерам прилагаются фото-подборки и видео.
В среднем 1 м 2 поверхности земли получает 161 Вт солнечной энергии в час. Разумеется, на экваторе этот показатель будет во много раз выше чем в Заполярье. Кроме того, плотность солнечного излучения зависит от времени года.
В Московской области интенсивность солнечного излучения в декабре-январе отличается от мая-июля более чем в пять раз. Однако современные системы настолько эффективны, что способны работать практически всюду на земле.
Задача использования энергии солнечной радиации с максимальным КПД решается двумя путями: прямой нагрев в тепловых коллекторах и солнечные фотоэлектрические батареи. Солнечные батареи вначале преобразуют энергию солнечных лучей в электричество, затем передают через специальную систему потребителям, например электрокотлу.
Тепловые коллекторы нагреваясь под действием солнечных лучей нагревают теплоноситель систем отопления и горячего водоснабжения.
Тепловые коллекторы бывают нескольких видов, в числе которых открытые и закрытые системы, плоские и сферические конструкции, полусферические коллекторы концентраторы и многие другие варианты. Тепловая энергия, полученная с солнечных коллекторов используется для нагревания горячей воды или теплоносителя системы отопления.
Промышленность в широком ассортименте производит коллекторные системы для включения в независимую отопительную сеть. Однако простейший вариант для дачи несложно сделать собственноручно:
Несмотря на явный прогресс в разработке решений по собиранию, аккумулированию и использованию солнечной энергии, существуют достоинства и недостатки.
Самым очевидным плюсом использования энергии солнца является ее общедоступность. На самом деле даже в самую хмурую и облачную погоду солнечная энергия может быть собрана и использована.
Второй плюс — это нулевые выбросы. По сути, это самый экологически чистый и естественный вид энергии. Солнечные батареи и коллекторы не производят шума. В большинстве случаев устанавливаются на крышах зданий, не занимая полезную площадь загородного участка.
Недостатки, связанные с использованием энергии солнца, заключаются в непостоянстве освещенности. В темное время суток становится нечего собирать, ситуация усугубляется тем, что пик отопительного сезона приходится на самые короткие световые дни в году. Необходимо следить за оптической чистотой панелей, незначительное загрязнение резко снижает КПД.
Кроме того, нельзя сказать, что эксплуатация системы на солнечной энергии обходится полностью бесплатно, существуют постоянные затраты на амортизацию оборудования, работу циркуляционного насоса и управляющей электроники.
Открытый солнечный коллектор представляет собой незащищенную от внешних воздействий систему трубок, по которым циркулирует нагреваемый непосредственно солнцем теплоноситель.
В качестве теплоносителя применяется вода, газ, воздух, антифриз. Трубки либо закрепляются на несущей панели в виде змеевика, либо присоединяются параллельными рядами к выходному патрубку.
У открытых коллекторов нет обычно никакой изоляции. Конструкция очень простая, поэтому имеет невысокую стоимость и часто изготавливается самостоятельно.
Ввиду отсутствия изоляции практически не сохраняют полученную от солнца энергию, отличаются низким КПД. Применяются их преимущественно в летний период для подогрева воды в бассейнах или летних душевых.
Устанавливаются в солнечных и теплых регионах, при небольших перепадах температуры окружающего воздуха и подогреваемой воды. Хорошо работают только в солнечную, безветренную погоду.
Трубчатые солнечные коллекторы собираются из отдельных трубок, по которым курсирует вода, газ или пар. Это одна из разновидностей гелиосистем открытого типа. Однако теплоноситель уже намного лучше защищен от внешнего негатива. Особенно в вакуумных установках, устроенных по принципу термосов.
Каждая трубка подключается к системе отдельно, параллельно друг другу. При выходе из строя одной трубки ее легко поменять на новую. Вся конструкция может собираться непосредственно на кровле здания, что значительно облегчает монтаж.
Веский плюс трубчатых солнечных коллекторов заключается в цилиндрической форме основных элементов, благодаря которым солнечное излучение улавливается круглый световой день без применения дорогостоящих систем слежения за передвижением светила.
По конструкции трубок различают перьевые и коаксиальные солнечные коллекторы.
Коаксиальная трубка представляет собой сосуд Дьаюра или всем знакомый термос. Изготовлены из двух колб между которыми откачан воздух. На внутреннюю поверхность внутренней колбы нанесено высокоселективное покрытие эффективно поглощающее солнечную энергию.
Тепловая энергия от внутреннего селективного слоя передается тепловой трубке или внутреннему теплообменнику из алюминиевых пластин. На этом этапе происходят нежелательные теплопотери.
Перьевая трубка представляет собой стеклянный цилиндр со вставленным внутрь перьевым абсорбером.
Для хорошей теплоизоляции из трубки откачан воздух. Передача тепла от абсорбера происходит без потерь, поэтому КПД перьевых трубок выше.
По способу передачи тепла есть две системы: прямоточные и с термотрубкой (heat pipe). Термотрубка представляет собой запаянную емкость с легкоиспаряющейся жидкостью.
Внутри термотрубки находится легкоиспаряющаяся жидкость, которая воспринимает тепло от внутренней стенки колбы или от перьевого абсорбера. Под действием температуры жидкость закипает и в виде пара поднимается вверх. После того как тепло отдано теплоносителю отопления или горячего водоснабжения, пар конденсируется в жидкость и стекает вниз.
В качестве легкоиспаряющейся жидкости часто применяется вода при низком давлении. В прямоточной системе используется U-образная трубка, по которой циркулирует вода или теплоноситель системы отопления.
Одна половина U-образной трубки предназначена для холодного теплоносителя, вторая отводит нагретый. При нагреве теплоноситель расширяется и поступает в накопительный бак, обеспечивая естественную циркуляцию. Как и в случае систем с термотрубкой, минимальный угол наклона должен составлять не менее 20⁰.
Прямоточные системы более эффективны так как сразу нагревают теплоноситель. Если системы солнечных коллекторов запланированы к использованию круглый год, то в них закачивается специальные антифризы.
Применение трубчатых солнечных коллекторов имеет ряд достоинств и недостатков. Конструкция трубчатого солнечного коллектора состоит из одинаковых элементов, которые относительно легко заменить.
- низкие теплопотери;
- способность работать при температуре до -30⁰С;
- эффективная производительность в течение всего светового дня;
- хорошая работоспособность в областях с умеренным и холодным климатом;
- низкая парусность, обоснованная способностью трубчатых систем пропускать сквозь себя воздушные массы;
- возможность производства высокой температуры теплоносителя.
Конструктивно трубчатая конструкция имеет ограниченную апертурную поверхность.
Обладает следующими недостатками:
- не способна к самоочистке от снега, льда, инея;
- высокая стоимость.
Несмотря на первоначально высокую стоимость, трубчатые коллекторы быстрее окупаются. Имеют большой срок эксплуатации.
Плоский коллектор состоит из алюминиевого каркаса, специального поглощающего слоя – абсорбера, прозрачного покрытия, трубопровода и утеплителя.
В качестве абсорбера применяют зачерненную листовую медь, отличающуюся идеальной для создания гелиосистем теплопроводностью. При поглощении солнечной энергии абсорбером происходит передача полученной им солнечной энергии теплоносителю, циркулирующему по примыкающей к абсорберу системе трубок.
С наружной стороны закрытая панель защищена прозрачным покрытием. Оно изготовлено из противоударного закаленного стекла, имеющего полосу пропускания 0,4-1,8мкм. На такой диапазон приходится максимум солнечного излучения. Противоударное стекло служит хорошей защитой от града. С тыльной стороны вся панель надежно утеплена.
В перечне преимуществ закрытых плоских панелей числятся:
- простота конструкции;
- хорошая производительность в регионах с теплым климатом;
- возможность установки под любым углом при наличии приспособлений для изменения угла наклона;
- способность самоочищаться от снега и инея;
- низкая цена.
Плоские солнечные коллекторы особенно выгодны, если их применение запланировано еще на стадии проектирования. Срок службы у качественных изделий составляет 50 лет.
К недостаткам можно отнести:
- высокие теплопотери;
- большой вес;
- высокая парусность при расположении панелей под углом к горизонту;
- ограничения в производительности при перепадах температуры более 40°С.
Сфера применения закрытых коллекторов значительно шире, чем гелиоустановок открытого типа. Летом они способны полностью удовлетворить потребность в горячей воде. В прохладные дни, не включенные коммунальщиками в отопительный период, они могут поработать вместо газовых и электрообогревателей.
Желающим сделать солнечный коллектор собственными руками для устройства отопления на даче предлагаем ознакомиться с проверенными на практике схемами и пошаговыми инструкциями по сборке.
Самым главным показателем солнечного коллектора является КПД. Полезная производительность разных по конструкции солнечных коллекторов зависит от разности температур. При этом плоские коллекторы значительно дешевле трубчатых.
При выборе солнечного коллектора стоит обратить внимание на ряд параметров показывающих эффективность и мощность прибора.
Для солнечных коллекторов есть несколько важных характеристики:
- коэффициент адсорбции – показывает отношение поглощенной энергии к общей;
- коэффициент эмиссии – показывает отношение переданной энергии к поглощенной;
- общая и апертурная площадь;
- КПД.
Апертурная площадь – это рабочая площадь солнечного коллектора. У плоского коллектора апертурная площадь максимальна. Апертурную площадь равна площади абсорбера.
Поскольку устройства на солнечной энергии не могут обеспечить стабильное и круглосуточное снабжение энергией, необходима система устойчивая к этим недостаткам.
Для средней полосы России солнечные устройства не могут гарантировать стабильный приток энергии, поэтому используются как дополнительная система. Интегрирование в существующую систему отопления и горячего водоснабжения отличается для солнечного коллектора и солнечной батареи.
В зависимости от целей использования теплового коллектора применяются разные системы подключения. Вариантов может быть несколько:
- Летний вариант для горячего водоснабжения
- Зимний вариант для отопления и горячего водоснабжения
Летний вариант наиболее простой и может обходится даже без циркуляционного насоса, используя естественную циркуляцию воды.
Вода нагревается в солнечном коллекторе и за счет теплового расширения поступает в бак-аккумулятор или бойлер. При этом происходит естественная циркуляция: на место горячей воды из бака засасывается холодная.
Как любая система основанная на естественной циркуляции работает не очень эффективно, требуя соблюдения необходимых уклонов. Кроме того, аккумулирующий бак должен быть выше чем солнечный коллектор. Чтобы вода оставалась как можно дольше горячей бак необходимо тщательно утеплить.
Если Вы хотите действительно добиться максимально эффективной работы солнечного коллектора, схема подключения усложниться.
По системе солнечного коллектора циркулирует незамерзающий теплоноситель. Принудительную циркуляцию обеспечивает насос под управлением контроллера.
Контроллер управляет работой циркуляционного насоса основываясь на показаниях как минимум двух температурных датчиков. Первый датчик измеряет температуру в накопительном баке, второй — на трубе подачи горячего теплоносителя солнечного коллектора.
Как только температура в баке превысит температуру теплоносителя, в коллекторе контроллер отключает циркуляционный насос, прекращая циркуляцию теплоносителя по системе. В свою очередь при понижении температуры в накопительном баке ниже заданной включается отопительный котел.
Новым словом и эффективной альтернативой солнечным коллекторам с теплоносителем стали системы с вакуумными трубками, с принципом действия и устройства которых мы предлагаем ознакомиться.
Было бы заманчиво применить схожую схему подключения солнечной батареи к электросети, как это реализовано в случае солнечного коллектора, накапливая поступившую за день энергию. К сожалению для системы электроснабжения частного дома создать блок аккумуляторов достаточной емкости очень дорого. Поэтому схема подключения выглядит следующим образом.
С солнечных панелей заряд поступает на контроллер заряда, который выполняет несколько функций: обеспечивает постоянную подзарядку аккумуляторов и стабилизирует напряжение. Далее электрический ток поступает на инвертор, где происходит преобразование постоянного тока 12В или 24В в переменный однофазный ток 220В.
Увы, наши электросети не приспособлены для получения энергии, могут работать только в одном направлении от источника к потребителю. По этой причине вы не сможете продавать добытую электроэнергию или хотя бы заставить счетчик крутиться в обратную сторону.
Использование солнечных батарей выгодно тем, что они предоставляют более универсальный вид энергии, но при этом не могут сравнится по эффективности с солнечными коллекторами. Однако последние не обладают возможностью накапливать энергию в отличие от солнечных фотоэлектрических батарей.
Все о вариантах организации отопления частного дома на солнечных батареях вы найдете в этой статье.
При расчете необходимой мощности солнечного коллектора очень часто ошибочно производят вычисления, исходя из поступающей солнечной энергии в самые холодные месяцы года.
Дело в том, что в остальные месяцы года вся система будет постоянно перегреваться. Температура теплоносителя летом на выходе из солнечного коллектора может достигать 200°С при нагреве пара или газа, 120°С антифриза, 150°С воды. Если теплоноситель закипит, он частично испариться. В результате его придется заменить.
Компании производители рекомендуют исходить из таких цифр:
- обеспечение горячего водоснабжения не более 70%;
- обеспечение отопительной системы не более 30%.
Остальное необходимое тепло должно вырабатывать стандартное отопительное оборудование. Тем не менее при таких показателях в год экономится в среднем около 40% на отоплении и горячем водоснабжении.
Мощность вырабатываемая одной трубкой вакуумной системы зависит от географического местоположения. Показатель солнечной энергии падающей в год на 1 м 2 земли называется инсоляцией.
Зная длину и диаметр трубки, можно высчитать апертуру – эффективную площадь поглощения. Остается применить коэффициенты абсорбции и эмиссии для вычисления мощности одной трубки в год.
Стандартная длина трубки составляет 1800 мм, эффективная — 1600 мм. Диаметр 58 мм. Апертура – затененный участок создаваемый трубкой. Таким образом площадь прямоугольника тени составит:
КПД средней трубки составляет 80%, солнечная инсоляция для Москвы составляет около 1170 кВт*ч/м 2 в год. Таким образом одна трубка выработает в год:
W = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86кВт*ч
Необходимо отметить, что это очень приблизительный расчет. Количество вырабатываемой энергии зависит от ориентирования установки, угла, среднегодовой температуры и т.д.
С всеми видами альтернативных источников энергии и способами их использования вы сможете ознакомиться в представленной статье.
Видео #1. Демонстрация действия солнечного коллектора в зимнее время:
Видео #2. Сравнение разных моделей солнечных коллекторов:
На протяжении всего собственного существования человечество с каждым годом потребляется все больше энергии. Попытки использовать бесплатное солнечное излучение предпринимались давно, но только в последнее время стало возможным эффективно использовать солнце в наших широтах. Несомненно, что за гелиосистемами будущее.
Хотите сообщить об интересных особенностях в организации солнечного отопления загородного дома или дачи? Пишите, пожалуйста, комментарии в расположенном ниже блоке. Здесь же можно задать вопрос, оставить фото с демонстрацией процесса сборки системы, поделиться полезными сведениями.
05 Окт 2019 admin 77