Солнечный коллектор

Первоначальные требования к конструкции коллектора
Простота изготовления. Коллектор может быть изготовлен в домашних условиях, не требуя специального оборудования, простыми инструментами, которые имеются почти в каждом доме. От изготовителя не требуется владения какими-то навыками.
Доступность материала. Материал коллектора, как можно большая его часть должна добываться бесплатно из мусора, оставшаяся часть недорого приобретаться в ближайшем магазине или на рынке. Из большого многообразия конструкций остановились на модели с цилиндрическим отражателем, которая обладает рядом достоинств полностью отвечающим начальным требованиям, но обычно не используется для изготовления бытовых солнечных водонагревателей. Преимущества конструкции с цилиндрическим отражателем
Экономия материала. Обычно теплопоглощающие трубки в коллекторе проходят параллельно с наименьшим зазором. Применение отражателя позволяет сократить количество труб в 2,5 раза сохранив такую же мощность.
Упрощение конструкции. Для сохранения тепла трубки помещают в герметичный короб теплоизолированный пенопластом, закрытый с одной стороны двухслойным стеклом. В данном случае необходимости в коробе, пенопласте и стекле нет. Все эти функции выполняет полая труба из бесцветного тонкостенного пластика.
Эффективное решение проблемы теплоизоляции. Функцию теплоизолятора выполняет воздух внутри пластиковой трубы.
Сокращение площади потерь тепла. Обычно трубчатый коллектор поглощает тепло одной стороной, на которую падает солнечное излучение. Потери же тепла происходят с двух сторон: лицевой и обратной. В коллекторе с отражателем поглощение тепла, как и его потери происходят с двух сторон светопоглощающей трубки.В отличие от параболического отражателя, цилиндрический не требует вращения конструкции вслед за солнцем.

Материалы коллектора

Коллектор состоит из светопоглощающей трубы (1) внутри которой проходит нагреваемая вода, теплоизолирующей оболочки (2), сохраняющей полученное от солнца тепло, отражателя (3), концентрирующего солнечное излучение на светопоглощающую трубу (1) и рамы жёсткости (4), которая придаёт конструкции устойчивость и возможность изменять угол наклона по отношению к солнцу.

Светопоглощающая труба. Может быть стальной, медной, алюминиевой, пластиковой. Стальная труба имеет удовлетворительную теплопроводность, прочна, долговечна, доступна. Основные её недостатки большой вес и высокая стоимость. Медная труба имеет отличную теплопроводность, прочна, долговечна. Трубы из меди была бы идеальным решением, но их трудно достать и они очень дороги. Алюминиевая труба имеет хорошую теплопроводность, прочна и легка, но не подойдёт, из-за быстрой коррозии в горячей воде. Пластиковая труба стоит не дорого, прочна, легка, долговечна, доступна. Отличное решение, но имеет один существенный недостаток — низкую теплопроводность.Выбор остановился на промежуточном варианте — 12 мм металлопластиковой трубе. Она дёшева, доступна, прочна, легко обрабатывается, поддаётся гнутью, достаточно жёсткая и для неё имеются все необходимые аксессуары для сращивания и ветвления. Металлопластиковая труба как правило белого цвета и чтобы она эффективно поглощала солнечное излучение, её нужно зачернить. Самый простой вариант чернения — покрасить трубу чёрной краской, но краска плохо держится на полиэтиленовой поверхности, так что покрытие получается недолговечным. Второй вариант — копчение в пламени свечи, керосиновой лампы и т.д. Покрытие получается матовое, чёрного цвета, не стираемое. Каждый участок трубы нужно держать над пламенем несколько секунд, чтобы поверхность полиэтилена подплавилась и сажа въелась в неё. Способ идеальный, но длительный и трудоёмкий. Третий вариант намотать на трубу виток к витку один слой чёрной изоляционной ленты. Ленту наматывать с небольшим натяжением. Покрытие получается требуемой степени черноты, прочное, долговечное, но при этом хоть и не намного уменьшается и без того  низкая теплопроводность металлопластика. Теплоизолирующая оболочка В качестве таковой выбрана полуторалитровая пластиковая (ПЭТ) бутылка. Она легка, прочна, устойчива к атмосферным воздействиям, хорошо пропускает свет, плохо тепло и конечно главное достоинство — она бесплатна, так как в огромном количестве валяется на улицах. При этом в какой-то степени решается проблема чистоты улиц и экологическая проблема.Бутылки должны быть прозрачными, бесцветными (синие, коричневые и т.п. не годятся, т.к. плохо пропускают солнечный свет), по возможности не потёртые, достаточно жёсткими и однотипными для облегчения их стыковки в длинную трубу.Бутылки вымыть снаружи с применением какого-либо моющего средства, изнутри просто сполоснуть несколько раз водой. Дно и горло бутылки отрезать, чтобы оставшаяся часть напоминала трубу. Бутылка-труба перед наклеиванием отражающего слоя должна быть высушена.ОтражательИдеальным вариантом было бы нанесение блестящего светоотражающего слоя прямо на бутылку, но это требует специального оборудования. Поэтому в качестве зеркала используется алюминиевая фольга. Она легко обрабатывается, доступна и имеет достаточно высокий коэффициент отражения. Из фольги вырезаются прямоугольные полотна и разглаживаются на поверхности пластиковой бутылки для придания вогнутости. Для приклеивания фольги к бутылке используется скотч. Более технологичный вариант — самоклеящаяся блестящая плёнка, наклеиваемая внутрь бутылки. Блестящая поверхность в этом случае оказывается защищённой от атмосферных воздействий — дождя, ветра и прочего. Отражатель должен занимать половину окружности бутылки. Рама жёсткости Изготавливается из 50 мм деревянного бруса. К раме крепятся трубы конструкции при помощи пластиковых или металлических скоб, а также ножки-подпорки с помощью которых задаётся требуемый наклон коллектора по отношению к солнцу.Проектирование коллектораНа 1 м2 площади земной поверхности в ясную погоду, в зависимости от широты, падает около 1000 Вт солнечного излучения. Значит у киловаттного коллектора, суммарная площадь рабочей поверхности должна составлять 1 м2. В действительности, из падающего на коллектор киловатта излучения до потребителя, в виде горячей воды, дойдет примерно треть. Остальные две трети отразятся от стенок теплоизолирующей оболочки, рассеются холодным окружающим воздухом, поглотятся отражателем и т.д. Поэтому на практике киловаттный коллектор должен иметь площадь поглощения около 3 м2.Площадь поверхности поглощения рассчитывается по формуле:  Sп=l·d·N где l — длина бутылки; d — диаметр бутылки; N — количество бутылок в коллекторе.

рис. 3. Солнечный коллектор мощностью 400 Вт.Таблица 1. Технические характеристикиПроизводительность15 л/чТемпература воды на входе15°СТемпература воды на выходе50 ÷ 60°СТемпература воздуха25°СРабочий диапазон температур+1 ÷ +60°СУгол наклона45°Объём воды в трубах1,5 лПлощадь поверхности1 м2Габариты2200х1500х200 ммМасса10 кг

Введение