Солнечный концентратор для отопления дома своими руками
Santeh-nik.ru

Инженерные системы

Солнечный концентратор для отопления дома своими руками

Место под солнцем. Как беларусский энтузиаст разработал дешёвый и эффективный солнечный концентратор

Пока государство с троит атомную электростанцию, отдельные энтузиасты пытаются развивать в Беларуси зелёную энергетику. Дмитрий Поварго разработал солнечный концентратор, стоимость которого в разы меньше зарубежных аналогов.

По словам Дмитрия, к этому проекту он пришёл, по сути, совершенно случайно: «Я помогал другу монтировать систему отопления, и он рассказал в процессе про солнечные коллекторы. Меня заинтересовало, почему у нас это направление не очень активно развивается, и я стал посещать соответствующие выставки, изучать литературу и так далее. Согласно данным физического факультета БГУ, годовое потребление электроэнергии в Беларуси в последние годы составляет около 36 млрд кВт*ч. Для получения такого количества энергии с учётом КПД солнечных элементов (около 10%), необходима площадь всего 300 км 2 , тоесть квадрат со стороной чуть более 17 километров».

В чём инновационность проекта?

Дмитрий сетует на то, что в последнее время в ядерной энергетике наблюдается определённый застой, который во многом объясняется твердой уверенностью подавляющего большинства атомщиков в том, что « альтернативы ядерной энергетике нет ».

« Но вспомним, что Солнце – это естественный ядерный реактор, который совершенно безвозмездно отдает нам свою энергию, и который нам не нужно обслуживать”. Наша планета, находящаяся на расстоянии 149·10 6 км от от Солнца, получает 2·10 17 Вт лучистой энергии. Наша задача — научиться пользоваться этими дарами. Принципиально новая солнечная установка показывает технические возможности использования возобновляющегося ресурса».

Как это будет работать

Немало компаний по всему миру предлагают различные разработки солнечных коллекторов, также тысячи энтузиастов иготавливают устройства кустарным способом в домашних мастерских.

Те частные поставщики и дистрибьюторы, которые работают в Беларуси, продают импортированный товар (чаще всего везут из стран Евросоюза и из Китая), и цена на него достаточно высокая. Но , как говорит Дмитрий, финансовая сторона вопроса – только часть общей проблемы.

«Предлагаемые импортные коллекторы физически не могут полноценно нагревать воду в наших широтах. В общей сложности открытое солнечное сияние продолжается от 1730 до 1950 часов в год. Почти половину годового «запаса» приносят май, июнь и июль, когда в безоблачном небе солнце светит до 16 часов в сутки».

«Классические» солнечные коллекторы основаны на принципе непрерывной циркуляции воды в накопительный бак и обратно. И небольшой по площади солнечный коллектор площадью в 1-2 метра квадратных не способен быстро нагреть большой объём воды в несколько сотен литров. Климат Беларуси не балует нас обилием прямого солнечного света: абсолютно ясных солнечных дней в течении года бывает немного – количество колеблется от 30–35 на северо-западе до 40–42 на юго-востоке. В основном же, как правило, у нас переменная облачность, и солнце появляется на десять-двадцать минут, а затем на это же время прячется за облаками, и интенсивность солнечной тепловой энергии резко падает. Все это крайне неблагоприятно сказывается на перспективах использования солнечной энергии для организации горячего водоснабжения».

Практически единственный выход, как организовать действительно надежное горячее водоснабжение от солнечной энергии – это построение концентрирующего солнечного коллектора с малым объемом воды, нагреваемой в каждую единицу времени.

«Логика тут достаточно простая. Вспомним, за какое время электрический чайник в 1,5 кВт мощности доводить те 1,5 литра воды, что в нем помещаются, до кипения. За считанные минуты! А если заставить его кипятить бочку воды? Период нагрева растянется на несколько часов. Но нам же и не нужна целая бочка горячей воды сразу. Нам в каждую минуту времени надо всего два-три литра. Соответственно, напрашивается следующая схема нагревания воды: относительно маломощным «чайником» мы быстро нагреваем 1-2 литра воды и сливаем ее в термос. Затем нагреваем следующую порцию и снова сливаем в термос и так далее. А для своих нужд мы используем ее из термоса».

Таким образом, по сути это проточный водонагреватель с накоплением результата его работы. Даже в течении 10-15 минут, когда светит солнце, мы получим около 200 Ватт-часов энергии от Солнца, что эквивалентно 720 кДж. Это позволит нагреть до 50-60 градусов примерно 4-5 литров воды. В следующий «выход» солнца – еще 5 литров, потом еще. И так далее в течении всего дня.

«Второй важный момент, разная длительность светового дня в зависимости от географической широты. В Минске в течение летнего дня солнце описывает большой угол (268°), в то время как «классический» коллектор воспринимает излучение в секторе до 120°. Другими словами, более половины светового дня, «классический» коллектор в Минске не работает. Таким образом, каким бы высоким не был КПД такого коллектора, его общая эффективность падает с ростом географической широты места использования. Единственным выходом из сложившейся ситуации является создание поворотных систем для слежения за светилом. Но поворачивать ряд коллекторов, в каждом из которых находится теплоноситель, задача неблагодарная. Гораздо легче управлять светом, т.е. концентрировать солнечное излучение на теплоноситель. В результате в ясный летний день солнечная установка под Минском может произвести энергии не меньше, чем на экваторе (солнце пониже, зато день длиннее) ».

О трудностях реализации

На данном этапе для дальнейшего развития проекту нужны новые заинтересованные лица. Также нужна площадка, где можно смонтировать концентратор, есть потребность в финансовой и информационной поддержке и поддержке с продвижением. Проект надо масштабировать.

«Он может изначально применяться на автономных, временных, сезонных объектах, – в том числе объектах отдыха, строительства и др.; в частном жилом секторе, на сельских подворьях, спортивных сооружениях; казармах воинских частей и других местах».

В целом, трудностей много. Сам Дмитрий не может охватить весь спектр проблем в процессе создания концентратора. Для укрепления позиций гелиоэнергетики в ряду других энергопроизводителей необходимо снижать капитальные затраты на изготовление, монтаж, эксплуатацию солнечных установок; повышать их энергетическую эффективность и пр.

Читать еще:  Какую крышу выбрать: виды кровельных систем

Предприятия, к которым Дмитрий обращается с предложением сотрудничества, сначала вроде как проявляют заинтересованность, но в результате отказывают в реализации проекта.

«В Беларуси зачастую на предприятиях такие условия работы, что нельзя делать условные «шаг влево, шаг вправо». Никто не хочет брать на себя ответственность. Руководство готово работать «по накатанной» и не готово к инновациям. Я обращался к одному предприятию: у них многомиллионные долги за отопление, и директор изначально согласился реализоввывать мой проект, пообещал хорошую зарплату и так далее. Но в результате оказалось, что никто не собирается там заниматься моим проектом, и я буду делать что-то совершенно иное. Вот казалось бы: у предприятия огромные долги и им надо искать способы минимизации потерь, но в реальности его субсидирует государство, и всех всё устраивает».

Тем не менее, фактически концентратор вполне конкурентноспособен на международном рынке, и его можно монтировать не только в Беларуси, но и в других странах. Главное преимущество Беларуси для проекта в том, что здесь дешёвое сырьё, и вся конструкция может быть сделана из отечественных материалов.

«Мы можем делать солнечные установки, которые будут в разы дешевле зарубежных аналогов, и экспортировать их. Я работаю над созданием таких концентраторов солнечной энергии, которые могут работать во всех уголках земного шара. Чтобы установки альтернативной энергетики были доступными самым широким слоям населения и чтобы они пользовались спросом, они должны быть дешёвыми. Само по себе создание гибридных систем альтернативной энергетики является достаточно эффективным средством снижения себестоимости систем альтернативной энергетики в целом».

Весь остальной мир уже находится на траектории устойчивого роста новой отрасли – отрасли возобновляемой энергетики. Вопрос широкого использования возобновляемых источников энергии в Беларуси рано или поздно придется решать. И дело даже не в том, что наша республика не имеет значительных промышленных запасов нефти, газа или другого ископаемого топлива.

Мировые тенденции использования альтернативных источников энергии таковы, что первыми их осваивать начинают не страны, обделённые природными ресурсами, а страны с развитой научной и технической базой, страны, где вопросы экологии находятся не на последнем месте.

Развивая возобновляемые источники энергии, мы создаём в Беларуси параллельно две новые высокотехнологичные отрасли: производство оборудования и машиностроение для возобновляемой энергетики, а также занимаемся строительством и эксплуатацией подобных объектов , считает Дмитрий Поварго.

« Можем производить непосредственно сами изделия, строить целые фермы «по добыче киловатт», или даже просто предлагать потребителю эти же киловатты. Концентраторы можно использовать для нагрева не только воды, но и других жидких теплоносителей, применяемых в системах отопления, кондиционирования, хладоснабжения и промышленных технологических процессах. Солнечная энергия может быть использована в системах ГВС, системах отопления, в сельском хозяйстве, сушки различных продуктов и материалов. То есть фактически мы можем помочь предприятиям снизить расходную часть на производство собственной продукции», – говорит автор проекта.

Солнечный концентратор для отопления дома своими руками

Солнечные коллекторы – это отличный способ сэкономить энергоресурсы. Бесплатная солнечная энергия сможет как минимум 6-7 месяцев в году обеспечивать теплую воду для хозяйственных нужд. А в остальные месяцы – еще и помогать системе отопления.

Но самое главное, что простой солнечный коллектор (в отличии, например, от солнечных панелей) можно изготовить самостоятельно. Для этого вам понадобятся материалы и инструменты, которые можно купить в большинстве строительных магазинов. В некоторых случаях будет достаточно даже того, что найдется в обычном гараже.

Представленная ниже технология сборки солнечного нагревателя использовалась в проекте “Включи солнце – живи комфортно”. Она была разработана специально для проекта немецкой компанией Solar Partner Sued, которая профессионально занимается продажей, монтажом и сервисом солнечных коллекторов и фотоэлектрических систем.

Главная идея – все должно получиться дешево и сердито. Для изготовления коллектора используются довольно простые и распространенные материалы, но его эффективность получается вполне приемлемого уровня. Она ниже, чем у фабричных моделей, но разница в цене полностью компенсирует этот недостаток.

Существуют различные типы солнечных водонагревателей, но все они основаны на простом принципе: темная поверхность «впитывает» солнечную энергию, потом это тепло передается теплоносителю (воде). Простейшие модели могут быть построены из доступных материалов и не требуют насосов или иного электрооборудования. Эффективный солнечный коллектор может использоваться даже в зимнее время благодаря применению незамерзающих жидкостей – антифризов.

Описанная система солнечного коллектора является пассивной и не зависит от электроэнергии. Она обходится без электрических приборов. Горячая жидкость перемещается между коллектором и баком по принципу конвекции, благодаря простому правилу: нагретая жидкость всегда поднимается вверх.

Принцип работы такого солнечного коллектора заключается в следующем:

  • Солнце нагревает жидкость в коллекторе
  • Нагретая жидкость поднимается по коллектору и трубе в бак-аккумулятор
  • Когда горячая жидкость поступает в теплообменник, установленный в бак с водой, тепло передается от теплообменника воде
  • Жидкость в теплообменнике, охлаждаясь, перемещается вниз по спирали и поступает из отверстия в нижней части бака обратно в коллектор
  • Вода, нагретая в баке, аккумулируется в верхней части бака
  • Холодная вода из водопроводной сети / резервуара поступает в нижнюю часть бака
  • Нагретая вода отбирается через выходное отверстие в верхней части бака.
Читать еще:  Отопление в многоэтажном доме сверху или снизу

Пока на коллектор светит солнце, жидкость в трубах абсорбера нагревается, перемещается в бак и таким образом постоянно циркулирует. Этот процесс обеспечивает нагрев воды в баке всего за несколько часов при интенсивном солнечном излучении.

Основной элемент коллектора отопления – абсорбер. Он состоит из металлического листа, приваренного к металлическим трубам. Несколько труб устанавливаются вертикально и привариваются к двум трубам большего диаметра, расположенных горизонтально. Эти толстые трубы для входа и выхода жидкости должны быть расположены параллельно друг другу. А входное отверстие для жидкости (нижняя часть абсорбера) и выходное отверстие (верхняя часть абсорбера) должны располагаться с разных сторон панели (диагонально). Для соединения в толстых трубах необходимо просверлить отверстия под диаметр вертикальных труб.

Для лучшей передачи тепла от металлической пластины к трубам очень важно обеспечить максимальный контакт пластины с трубами. Сварка должна быть вдоль всего элемента. Важно, чтобы металлический лист и трубы плотно прилегали друг к другу.

Абсорбер укладывается в деревянную раму и накрывается стеклом, которое защищает коллектор и создает внутри эффект теплицы. Используется обычное оконное стекло. Оптимальная толщина – 4 мм, при этом сохраняется хорошее соотношение надежности и веса. Желательно нужную площадь стекла разделять на несколько частей. Так удобнее и безопаснее работать с ним.

Использование нескольких слоев стекла или стеклопакета даст прирост эффективности, но увеличит вес конструкции и стоимость системы.

Солнечные лучи проходят через стекло и нагревают коллектор, а остекление предотвращает утечку тепла. Стекло также препятствует движению воздуха в абсорбере без него коллектор быстро терял бы тепло из-за ветра, дождя, снега или низких внешних температур.

Раму следует обработать антисептиком и краской для наружных работ.

В корпусе делаются сквозные отверстия для подачи холодной и отвода нагретой жидкости из коллектора.

Сам абсорбер красят жаростойким покрытием. Обычные черные краски при высоких температурах начинают шелушиться или испаряться, что приводит к потемнению стекла. Краска должна полностью высохнуть, прежде чем вы закрепите стеклянное покрытие (для предотвращения конденсации).

Под абсорбером закладывается утеплитель. Чаще всего используется минеральная вата. Главное, чтобы он выдерживал довольно высокие температуры в течение лета (иногда более 200 градусов).

Снизу раму закрывают ОСБ плитой, фанерой, досками и т.п. Основное требование к этому этапу – убедиться, что низ коллектора надежно защищен от попадания влаги внутрь.

Для закрепления стекла в раме делают пазы, или крепят планки по внутренней стороне рамы. При расчете размеров рамы следует учитывать, что при изменении погоды (температуры, влажности) в течение года ее конфигурация будет немного меняться. Поэтому на каждой стороне рамы оставляют несколько миллиметров запаса.

На паз или планку крепится резиновый оконный уплотнитель (D- или Е-образный). На него кладется стекло, на которое таким же образом наносится уплотнитель. Сверху это все закрепляется оцинкованной жестью. Таким образом, стекло надежно закреплено в раме, уплотнитель защищает абсорбер от холода и влаги, а именно стекло не повредится, когда деревянная рама будет “дышать”.

Стыки между листами стекла изолируются уплотнителем или силиконом.

Чтобы организовать солнечное отопление дома понадобиться накопительный бак. Здесь хранится нагретая коллектором вода, поэтому стоит позаботиться о его термоизоляции.

В качестве бака можно использовать:

  • неработающие электрические бойлеры
  • различные баллоны для газов
  • бочки для пищевого использования

Главное – помнить, что в герметичном баке будет создаваться давление в зависимости от давления водопроводной системы, к которой он будет подключен. Не каждая емкость способна выдерживать давление в несколько атмосфер.

В баке делают отверстия для входа и выхода теплообменника, ввода холодной воды, и забора нагретой.

В баке размещается спиральный теплообменник. Для него используют медь, нержавеющую сталь или пластик. Нагретая через теплообменник вода будет подниматься вверх, поэтому его следует поместить в нижней части бака.

Коллектор соединяется с баком с помощью труб (например, металлопластиковых или пластиковых), проведенных от коллектора к баку через теплообменник и обратно в коллектор. Здесь очень важно предотвратить утечку тепла: путь от бака до потребителя должен быть максимально коротким, и трубы должны быть очень хорошо изолированными.

Расширительный бачок – это очень важный элемент системы. Он представляет собой открытый резервуар, расположенный в крайней верхней точке контура циркуляции жидкости. Для расширительного бачка можно использовать как металлическую, так и пластиковую емкость. С ее помощью контролируется давление в коллекторе (из-за того, что жидкость от нагрева расширяется, могут треснуть трубы). Для снижения потерь тепла бачок также необходимо изолировать. Если в системе присутствует воздух, то он также может выходить через бачок. Через расширительный бачок происходит также наполнения коллектора жидкостью.

Больше подробностей о создании дешевого солнечного коллектора, перечень необходимых материалов и правила установки нагревателя можно узнать, загрузив Практическое руководство по сооружению солнечных коллекторов для горячей воды.

А вы что думаете по этому поводу? Дайте нам знать – напишите в комментариях!

Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!

Как построить высокоэффективный солнечный водонагреватель из параболической антенны

Эта самоделка о том, как построить солнечный водонагреватель. Правильнее назвать его параболический солнечный концентратор. Главное преимущество его в том, что зеркало отражает 90% солнечной энергии, а его параболическая форма концентрирует эту энергию в одной точке. Эта установка будет эффективно работать в большинстве районов России, вплоть до 65 градуса с.ш.

Для сборки коллектора нам понадобится несколько основных вещей: сама антенна, система слежения за солнцем и теплообменник-коллектор.

Читать еще:  Как выключить отопление на котле аристон

Можно использовать любую антенну- железную, пластиковую или из стекловолокна. Антенна должна быть панельного типа, а не сеточная. Здесь важна площадь антенны и форма. Надо помнить, мощность нагрева = площади поверхности антенны. И что мощность, собираемая антенной диаметром 1,5 м, будет в 4 раза меньше мощности собираемой антенной с площадью зеркала 3 м.

Так же понадобится поворотный механизм для антенны в сборе. Его можно заказать на Ebay или на Aliexpress.

Понадобится рулон алюминиевой фольги или лавсановой зеркальной пленки, применяемой для теплиц. Клей, которым пленка будет приклеиваться к параболе.

Медная трубка диаметром 6 мм. Фитинги, для подключения горячей воды к баку, к бассейну, ну или где вы будете применять эту конструкцию. Поворотный механизм слежения автор приобрел на EBAY за 30$.

Шаг 1 Переделка антенны для фокусировки солнечного излучения вместо радиоволн.

Надо всего лишь прикрепить лавсановую зеркальную пленку или алюминиевую фольгу к зеркалу антенны.

Такую пленку можно заказать на Aliexpress, если вдруг в магазинах не найдете Пленка

Делается это почти также просто, как и звучит. Надо только учесть, что если антенна, к примеру, диаметром 2,5 м, а пленка шириной 1 м, то не надо закрывать антенну пленкой в два прохода, будут образовываться складки и неровности, которые ухудшат фокусировку солнечной энергии. Вырезайте ее небольшими полосами и закрепляйте на антенне с помощью клея. Перед наклейкой пленки убедитесь, что антенна чистая. Если есть места, где краска вздулась- зачистите их наждачной бумагой. Вам надо выровнять все неровности. Обратите внимание, чтобы LNB-конвертор был снят со своего места- иначе он может расплавиться. После наклейки пленки и установки антенны на место не приближайте руки или лицо к месту крепления головки- вы рискуете получить серьезные солнечные ожоги.

Шаг 2 система слежения.

Как было написано выше – автор купил систему слежения на Ebay. Вы так же можете поискать поворотные системы слежения за солнцем. Но я нашел несложную схему с копеечной ценой, которая довольно точно отслеживает положение солнца.

Видео работы гелиотракера по схеме из архива

Сам можно сделать на основе передней ступицы автомобиля ВАЗ.

Кому интересно фото взято отсюда : Поворотный механизм

Шаг 3 Создание теплообменника-коллектора

Для изготовления теплообменника понадобится медная трубка, свернутая в кольцо и помещенная в фокус нашего концентратора. Но сначала нам надо узнать размер фокальной точки тарелки. Для этого надо снять LNB-конвертер с тарелки, оставив стойки крепления конвертера. Теперь надо повернуть тарелку на солнце, предварительно закрепив кусок доски на месте крепления конвертера. Подержите доску немного в этом положении, пока не появиться дым. Это займет по времени примерно 10-15 секунд. После этого отверните антенну от солнца, снимите доску с крепления. Все манипуляции с антенной, ее развороты, проводятся для того, чтобы вы случайно не засунули руку в фокус зеркала- это опасно, можно сильно обжечься. Пусть остынет. Измерьте размер сожженной части древесины- это будет размер вашего теплообменника.

Я думаю, что возможно, вместо свернутой трубки можно поставить радиатор от автомобильной печки, есть довольно маленькие радиаторы. Радиатор должен быть зачерненный для лучшего поглощения тепла. Если же вы решили использовать трубку, надо постараться согнуть ее без перегибов и изломов. Обычно для этого трубку заполняют песком, закрывают с обеих сторон и сгибают на какой-нибудь оправке подходящего диаметра. Автор залил в трубку воды и положил ее в морозильную камеру, открытыми концами вверх, чтобы вода не вытекла. Лед в трубке создаст давление изнутри, что позволит избежать изломов. Это позволит согнуть трубу с меньшим радиусом изгиба. Ее надо сворачивать по конусу- каждый виток должен быть не много большего диаметра чем предыдущий. Можно спаять витки коллектора между собой для более жесткой конструкции. И не забудьте слить воду после того, как закончите с коллектором, чтобы после установки его на место, вы не обожглись паром или горячей водой

Шаг 4. Собираем все вместе и пробуем.

Теперь у вас есть зеркальная парабола, модуль слежения за солнцем, помещенный в водонепроницаемый контейнер, или пластиковую емкость, законченный коллектор. Все, что осталось сделать – это установить коллектор на место и опробовать его в работе. Вы можете пойти дальше и усовершенствовать конструкцию, сделав, что-то типа кастрюли с утеплителем и одеть ее на заднюю часть коллектора. Механизм слежения должен отслеживать движение с востока на запад, т.е. поворачиваться в течение дня за солнцем. А сезонные положения светила (вверхвниз) можно регулировать вручную один раз в неделю. Можно, конечно, добавить механизм слежения и по вертикали- тогда вы получите практически автоматическую работу установки. Если вы планируете использовать воду для подогрева бассейна или в качестве горячей воды в водопроводе- вам понадобиться насос, который будет прокачивать воду через коллектор. В случае если вы будете нагревать емкость с водой, надо принять меры, чтобы избежать закипания воды и взрыва бака. Сделать это можно используя электронный термостат, который, в случае достижения заданной температуры, будет отводить зеркало от солнца с помощью механизма слежения.

От себя добавлю, что используя коллектор зимой надо принять меры, чтобы вода не замерзла в ночное время и в ненастную погоду. Для этого лучше сделать замкнутый цикл- с одной стороны коллектор, а с другой теплообменник. Систему заполнить маслом-его можно нагреть до более высокой температуры, градусов до 300, и на морозе не замерзнет.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector