Подробно рассмотрим самодельный солнечный коллектор из PEX трубы для нагрева воды, из сшитого полиэтилена или металлополимера (PEX или PEX-AL-PEX). Конструкция коллектора на PEX трубе очень похожа на солнечный водонагреватель с медными трубами, подробно описанный в предыдущей статье, поэтому некоторые технические детали я опущу, но в отдельных статьях остановлюсь подробно на конструкции теплообменника, бака и управления.

В обзоре участвует прототип, созданный автором из Монтаны. У него было две версии, обе хорошо работали но он расширил коллектор чтобы отапливаться с его помощью теплыми полами. Его коллектор обошелся в $1000, при цене на готовую заводскую модель той же конфигурации $8000 (учитывается цена доставки. 2008 год) при равной производительности. Тесты производительности описаны здесь.

У системы на полиэтиленовых трубах есть свои преимущества и недостатки по сравнению с системами на медных трубах.

Преимущества солнечного коллектора на трубах из сшитого полиэтилена:

• Все материалы для создания коллектора легко достать.
• Не нужны навыки пайки труб, минимальный набор инструментов.
• Самая низкая стоимость материалов (не учитываю самоделки из садовых шлангов).
• Высокая производительность.
• Длительный срок службы.
• Хорошо работает в холодном климате, рассчитан на 4 сезона.
• Прилично выглядит.

Недостатки:

• Термостойкость PEX трубы меньше, чем у медной (граница для сшитого полиэтилена около 110 градусов). Следовательно температуру необходимо контролировать.
• Солнечный коллектор PEX на 4-6% менее эффективен, чем медный. Тесты, показывающие эту разницу, смотрите в этой статье.
• Полиэтиленовая труба подвержена более быстрому износу при воздействии ультрафиолета.

Особенности конструкции солнечного коллектора из PEX трубы

Резервуаром для хранения воды является утепленный фанерный ящик, с прокладкой из EPDM резины (этилен-пропиленовый каучук). Такой вместительный бак легко и недорого изготовить, работает десятилетиями.

Теплообменник представляет собой бухту трубы, который утоплен в баке. В самом мотке около 35 литров горячей воды.

Предельно простая система, которая состоит из: солнечной панели-коллектора, резервуара с погруженным теплообменником, насоса и контроллера.

Увеличивая поверхность коллектора можно за копейки увеличить его производительность, устроив даже отопление на этой системе (автор прототипа сделал себе теплый пол в доме на такой же конфигурации, но увеличенном в размерах). Подробно о теплообменнике читайте здесь.

Обзор конструкции, размера и ориентации коллектора

Самодельный солнечный водонагреватель основан на трубах из сшитого полиэтилена (PEX) или металлополимера (PEX-AL-PEX), по которым циркулирует жидкий теплоноситель, снимающий тепло с алюминиевого абсорбера. Труба эластичная, выложена зигзагообразно от входного отверстия к выпускному.

Алюминиевый абсорбер герметично наложен на трубу с помощью термостойкого силикона для улучшения термической связи.

Опционально используется листовой алюминий под PEX, для обеспечения дополнительной площади теплопередачи. Подробнее про оребрение алюминием читайте здесь.

Насос качает воду из нижней части бака через коллектор, вода нагревается и возвращается в бак. Поступающая водопроводная вода проходит через змеевик, погруженный в резервуар (так осуществляется резервный нагрев). Змеевик погружен в резервуар для аккумуляции тепла. Этот теплообменник подогревает воду для последующего нагрева электрическим водонагревателем (при необходимости). В самом теплообменнике достаточно горячей воды для 15-тиминутного душа — после того, как вода заканчивается, змеевик забирает тепло из бака. Изоляцию бака для технического обслуживания обеспечивают три клапана. Контроллер включает насос, когда вода в коллекторе горячее воды в баке.

Данный прототип имеет площадь больше, чем стандартные заводские системы. Этим покрывается потеря производительности из-за используемых материалов (в американских коллекторах медная труба имеет медное оребрение, это очень круто, но и очень дорого) и в холода.

Коллектор устанавливается под углом, чтобы улучшить производительность зимой и уменьшить летний перегрев.

Система построена так, что в летнее время ее эффективность будет почти 100%, но около 50% в зимнее время. 75% за год соответственно.

Детали конструкции:

• Рама из пиломатериалов.
• Гофрированный поликарбонат SunTuf.
• Основа абсорбера из фанеры или ОСБ.
• Теплоизоляция жесткая Atlas R-Board.
• Листовой алюминий для оребрения труб.
• PEX-AL-PEX или PEX трубы.
• Термостойкий силикон.
• Термостойкая краска.
• Расходный материал (скобы, волнистый профиль под поликарбонат, винты и тд.)
• Насос, контроллер.
• Фанера и лист этилен-пропиленового каучука для бака.
• Резервуар, теплообменник и водопровод коллектора

Резервуар представляет собой теплоизолированный фанерный ящик, с «бассейном» из этилен-пропиленового каучука. Бак не опрессован, крышка фиксируется зажимами (но автор говорит, что пар не выходит и в подвале сухо). Вода в баке используется исключительно для сохранения тепла. Антифризом пользоваться для этой цели не принято, только чистая вода.

Тепло от воды в резервуаре передается большому мотку PEX трубы. Холодная вода проходит по погруженному мотку и забирает температуру от воды в резервуаре.

Труба сама по себе достаточно вместительна для нужд одного человека на 15 минут. Большинство систем с обратным дренажем (drainback systems) имеют сливной бак, который снимает тепло с коллектора и имеют герметичный бак с резервным подогревом. Данная же конфигурация объединяет две эти функции в одном резервуаре при значительном снижении затрат. Подробный материал про изготовление такого резервуара читайте здесь.

Санитарно-техническая часть солнечного коллектора состоит из водопровода, идущего от погружного насоса к нижней части коллектора и водопровода позади верхней части коллектора к верхней части бака.

Для проникновения нагретой солнцем воды в систему горячего водоснабжения дома, вы перекрываете трубу холодной воды, которая сейчас идет в имеющийся резервуар для горячей воды. Вы запускаете линию с каждого конца трубы с холодной водой к каждому концу мотка теплообменника в резервуаре.

Насос и управление

В системе используется небольшой погружной насос для откачки воды из резервуара к коллектору. Когда насос отключается, вся вода в коллекторе стекает в резервуар. Это работает так же на защиту от замерзания.

Насос управляется контроллером с двумя датчиками температуры — в коллекторе и резервуаре. Когда датчик в коллекторе теплее датчика в баке на заданную величину, контроллер включает насос. Когда температура коллектора падает, регулятор выключает насос.

Функция контроля от перегрева настроена на 60 градусов. Такая температура приемлема для нормального функционирования всей системы и для вас (чтобы не обжечься). Подробно о контроллере и насосе в этой статье.

Остекление и утепление коллектора

Гофрированный поликарбонат обеспечивает высокую прозрачность, теплопередачу, длительный срок службы (около 15 лет) и сравнительно низкую стоимость. Поликарбонат пропускает весь спектр излучения, что важно для максимального поглощения энергии коллектором.

Утепление в данном прототипе выполнено из полиизоциануратной жесткой изоляции, устойчивой к высоким температурам. Подробнее про остекление и утепление коллектора говорилось в статье про медный прототип коллектора.