Переконатися у величезній кількості енергії, яку отримує земна поверхня від нашої найближчої зірки - Сонця - кожен мав змогу ще в дитинстві, за допомогою звичайної лупи. Енергія сонячного світла, яка припадає на крихітний ділянку поверхні, дорівнюють площі лінзи, будучи зібраної в одній точці (фокусі) здатна пропалити тонку фанеру, підпалити папір або сухий трут, допомагаючи розвести багаття. І, напевно, багато хто замислювалися про можливості використання цього могутнього потоку енергії, наприклад для опалення Можливостей безпосереднього використання сонячної енергії декілька, і одну з них дають сонячні водонагрівачі.

Що таке сонячний колектор
Якщо запитати про прилади, що використовують сонячну енергію, кожен, швидше за все, в першу чергу назве сонячні батареї. Відмінну «рекламу» цим приладам створило використання їх в космічних програмах, а хто в дитинстві не марив космосом? А ось інший тип збирачів сонячної енергії, сонячні колектори (collector по- англійськи як раз і означає «збирач»), відомий серед неспеціалістів значно менше.

На відміну від батарей сонячних елементів або сонячних батарей, як їх звикли називати, сонячні колектори не робить з сонячне світло в сонячну енергію безпосередньо. У колекторах енергія сонячного випромінювання використовується для нагрівання теплоносія. Далі теплоносій може використовуватися як для вироблення сонячної енергії (за таким принципом працює велика кількість сонячних електростанцій, у тому числі і найбільша в світі кримська), так і для інших потреб, наприклад опалення або гарячого водопостачання.

Сонячний водонагрівач якраз відноситься до числа сонячних колекторів. Саме він з усіх типів колекторів становить найбільший практичний інтерес для використання в побуті для гарячого водопостачання та опалення. Досягається з їх допомогою економія традиційних енергоносіїв настільки чутлива, що в багатьох країнах використання сонячних водонагрівачів підтримується на державному рівні.

Так в деяких країнах сонячного середземномор'я (Іспанія, Італія) власники приватних будинків у законодавчому порядку зобов'язуються обладнати свої котеджі сонячними бойлерами. А в деяких країнах Китаю даху багатоквартирних новобудов являють собою одну гігантську водонагрівальну панель. При бажанні нескладно виготовити сонячний водонагрівач своїми руками.

Як же влаштований сонячний водонагрівач зсередини?

пристрій водонагрівача

Серцем сонячного водонагрівача є колектор, що представляє собою радіатор навпаки - система тонких трубок у вигляді встановленої під кутом до горизонту панелі. Циркулюючий по трубках теплоносій вбирає в себе енергію сонця.
Іншою важливою частиною водонагрівача є резервуар, з якого здійснюється забір теплоносія для використання, який грає також роль розширювального бачка і акумулятора тепла.

Залежно від конструкції, резервуар може також виконувати функцію теплообмінника.
Класична схема роботи сонячного водонагрівача виглядає так:

• і резервуара теплоносій під дією сили тяжіння потрапляє в нижню частину колектора.
• нагріваючись, теплоносій піднімається по трубках колектора вгору, в той час як в нижню частину з резервуара потрапляє новий остиглий теплоносій.
• пройшовши через колектор, теплоносій знову потрапляє в резервуар, замикаючи, таким чином, цикл кругообігу.
• нагрітий теплоносій з резервуара забирається в систему опалення, водопостачання, або в теплообмінник.

Така принципова схема, в реальності ж можливі різні варіації пристрою і роботи, залежно від яких класифікують сонячні бойлери.

Класифікація
Залежно від типу циркуляції
• Природна циркуляція здійснюється за допомогою фізичних властивостей рідини. Нагрітий теплоносій має меншу щільність і більший обсяг, тому прагне піднятися по трубках колектора вгору, а його місце займає холодний теплоносій.

• Примусова циркуляція. Для здійснення природної циркуляції резервуар повинен знаходитися над колектором. А це далеко не завжди здійсненно з технічної, і доцільно з архітектурної точок зору, особливо якщо водонагрівач забезпечений резервуаром великого обсягу.

Враховуючи, що зазвичай панель водонагрівача встановлюють на схилі даху, резервуар для природної циркуляції доведеться ставити на коник, що стягне серйозним випробуванням для міцності конструкції і навряд чи прикрасить зовнішній вигляд даху. Тому часто резервуар встановлюють традиційно, в нижній частині будівлі, зазвичай в підвалі, а циркуляцію теплоносія здійснюють примусово за допомогою спеціальних насосів.

Крім того, примусова циркуляція дозволяє використовувати масляні теплоносії, які більш ефективні в цій якості, ніж вода, але через малого коефіцієнта розширення практично не підтримують природну циркуляцію.

Залежно від типу колектора
• Панельний колектор - найпростіший варіант без особливих претензій. Пофарбовані чорної светопоглощающую фарбою трубки для циркуляції теплоносія зміцнені в простому панельному корпусі й прикриті склом або прозорим пластиком. Ефективність такого пристрою досить низька через те, що теплоносій починає віддавати тепло навколишньому повітрю, не встигнувши залишити колектор. А враховуючи, що колектор по конструкції схожий з радіатором, втрати можуть бути досить істотними. Тому панельний колектор доцільно використовувати тільки в місцевості з високою ефективністю сонячного освітлення або для допоміжних потреб.

• Вакуумний колектор позбавлений головного недоліку попереднього типу конструкції: трубка з теплоносієм прокладена всередині вакуумної колби, пропускає сонячне випромінювання. Це практично запобігає віддачу тепла з колектора в навколишнє середовище і дозволяє нагрівати воду до температури кипіння, а масляний теплоносій до 200-300 градусів, що відмінно підійде для опалення будинку. Звичайно, вакуумний колектор має більш високу ціну, але різниця в ціні повністю окупається під час експлуатації.

Залежно від контуру циркуляції
• Водонагрівач з розімкненим контуром циркуляції використовується для постачання гарячою водою системи водопостачання будинку. Теплоносієм в такій системі служить вода, яка безпосередньо використовується для побутових потреб, не повертаючись більше в контур циркуляції.

• Одноконтурна система використовується для опалення будинку. Нагрітий теплоносій з резервуара надходить у систему опалення (зазвичай використовується в якості домеса до теплоносія, нагрітого традиційним способом), пройшовши через яку, знову надходить у резервуар і подається в колектор.
• Двоконтурна система може використовуватися для будь-яких цілей (як для гарячого водопостачання, так і для опалення) і дозволяє вибирати будь теплоносій - воду, масло, або антифриз для використання при мінусових температурах. Теплоносій з резервуара колектора потрапляє в теплообмінник, де віддає тепло теплоносію другого контуру, який у свою чергу використовується за прямим призначенням системи (для опалення або гарячого водопостачання).

Сонячний бойлер своїми руками
На жаль, вітчизняні виробники дуже неохоче звертають увагу на альтернативні джерела енергії. Якщо сонячні батареї вітчизняного виробництва ще можна купити, то сонячних водонагрівачів від місцевих виробників практично не існує, як не здійснюється і централізованого імпорту за кордону. Пересилання ж одиничного виробу може влетіти в копієчку.

Зате володіючи мінімальними навичками, якими напевно що має будь-який власник приватного будинку, можна виготовити сонячний водонагрівач своїми руками. Взагалі нашим дачникам давно відомий найпростіший сонячний бойлер: пофарбована чорною фарбою металева бочка водружається на дах душової кабіни. Люди з кмітливістю розробили більш «просунутий» варіант - поплавковий Водозаборник (шланг з прив'язаним шматком пінопласту) дозволяє брати воду з верхнього, найбільш прогрітого шару. Навіть таке, прямо скажемо, примітивний пристрій без проблем дозволяє комфортно прийняти душ після дня польових робіт.

Удосконалити саморобний бойлер можна зібравши найпростіший сонячний колектор. Для цього потрібно купити гнучку гофровану трубу невеликого діаметру. Трубу укладаємо змійкою в дерев'яний корпус так, щоб вхід труби був у нижній частині, а вихід у верхній. Корпус накриваємо прозорою плівкою - сонячний колектор готовий.
Резервуаром - теплоаккумулятором послужить все та ж незамінна в господарстві металева бочка, покладена на бік. У ній необхідно просвердлити два отвори - в районі верхнього і нижнього шару води, до яких приварити два штуцери, і під'єднати вхідний і вихідний шланги колектора відповідно.

Ще два отвори послужать для подачі в резервуар води зі свердловини або водопроводу, а також для забору нагрітої води. Для автоматизації подачі води нескладно виготовити камеру поплавця зразок бачка унітазу.
Якщо нагріту воду передбачається використовувати для харчових потреб або миття посуду, то резервуар для води повинен бути виготовлений з нержавіючої сталі харчових марок. Для цих цілей відмінно підійде металевий бідон.

Вкладення коштів в альтернативні джерела дармовий енергії, у тому числі в сонячні водонагрівачі, може стати серйозною статтею економії бюджету.