Métodos de calefacción solar de una casa privada.

El principio de funcionamiento de una planta de energía solar en el hogar.

Una planta de energía solar es un sistema que consta de paneles, un inversor, una batería y un controlador. El panel solar transforma la energía radiante en electricidad (como se mencionó anteriormente). La corriente continua ingresa al controlador, que distribuye la corriente a los consumidores (por ejemplo, una computadora o iluminación).Un inversor convierte la corriente continua en corriente alterna y alimenta la mayoría de los electrodomésticos. La batería almacena energía que se puede utilizar durante la noche.

Descripción del video

Un buen ejemplo de cálculos que muestran cuántos paneles se necesitan para proporcionar una fuente de alimentación autónoma, vea este video:

Cómo se utiliza la energía solar para generar calor

Los sistemas solares se utilizan para calentar agua y calentar el hogar. Pueden proporcionar calor (a pedido del propietario) incluso cuando la temporada de calefacción ha terminado, y proporcionar agua caliente a la casa de forma gratuita. El dispositivo más simple son los paneles de metal que se instalan en el techo de la casa. Acumulan energía y agua caliente, que circula a través de tuberías ocultas debajo de ellas. El funcionamiento de todos los sistemas solares se basa en este principio, a pesar de que pueden ser estructuralmente diferentes entre sí.

Los colectores solares consisten en:

• tanque de almacenamiento;
• gasolinera;
• controlador
• tuberías;
• guarniciones.

Según el tipo de construcción, se distinguen los colectores planos y de vacío. En el primero, el fondo está cubierto con material termoaislante y el líquido circula a través de tuberías de vidrio. Los colectores de vacío son muy eficientes porque las pérdidas de calor se mantienen al mínimo. Este tipo de colector proporciona no solo el calentamiento solar de una casa privada, sino que también es conveniente usarlo para sistemas de agua caliente y calefacción de piscinas.

El principio de funcionamiento del colector solar.

Fabricantes populares de paneles solares.

La mayoría de las veces, los productos de Yingli Green Energy y Suntech Power Co. se encuentran en los estantes.Los paneles HiminSolar (China) también son populares. Sus paneles solares producen electricidad incluso en tiempo de lluvia.

La producción de baterías solares también ha sido establecida por un fabricante nacional. Las siguientes empresas hacen esto:

• Hevel LLC en Novocheboksarsk;
• "Telecom-STV" en Zelenograd;
• Sun Shines (Autonomous Lighting Systems LLC) en Moscú;
• JSC "Planta de Ryazan de dispositivos de metal-cerámica";
• CJSC "Termotron-zavod" y otros.

Siempre se puede encontrar una opción adecuada por el precio. Por ejemplo, en Moscú para paneles solares para una casa, el costo variará de 21 000 a 2 000 000 de rublos. El costo depende de la configuración y potencia de los dispositivos.

Los paneles solares no siempre son planos: hay varios modelos que enfocan la luz en un punto

Pasos de instalación de la batería

1. Para instalar los paneles, se elige el lugar más iluminado; en la mayoría de los casos, estos son los techos y las paredes de los edificios. Para que el dispositivo funcione de la manera más eficiente posible, los paneles se montan en un cierto ángulo con respecto al horizonte. También se tiene en cuenta el nivel de oscuridad del territorio: los objetos circundantes que pueden crear una sombra (edificios, árboles, etc.)
2. Los paneles se instalan utilizando sistemas de fijación especiales.
3. Luego, los módulos se conectan a la batería, el controlador y el inversor, y se ajusta todo el sistema.

Para la instalación del sistema, siempre se desarrolla un proyecto personal que tiene en cuenta todas las características de la situación: cómo se instalarán los paneles solares en el techo de la casa, el precio y las condiciones. Dependiendo del tipo y alcance del trabajo, todos los proyectos se calculan de forma individual. El cliente acepta el trabajo y recibe una garantía por el mismo.

La instalación de paneles solares debe ser realizada por profesionales y respetando las medidas de seguridad.

Como resultado, las perspectivas para el desarrollo de tecnologías solares.

Si en la Tierra el funcionamiento más eficiente de los paneles solares se ve obstaculizado por el aire, que hasta cierto punto dispersa la radiación del Sol, entonces en el espacio no existe tal problema. Los científicos están desarrollando proyectos de satélites gigantes en órbita con paneles solares que funcionarán las 24 horas del día. Desde ellos, la energía se transmitirá a los dispositivos receptores de tierra. Pero esto es una cuestión del futuro, y para las baterías existentes, los esfuerzos se dirigen a mejorar la eficiencia energética y reducir el tamaño de los dispositivos.

3 tipos principales

Las grandes instalaciones son capaces de proporcionar electricidad a toda la casa y, si es necesario, calentarla por completo. Pero esto se aplica solo a pequeñas cabañas privadas, no podrán calentar edificios de varios pisos.

En cuanto al equipamiento, puede variar según el modelo. Como regla general, el conjunto básico incluye:

• colector solar de vacío;
• un controlador especial que monitorea la eficiencia del trabajo;
• una bomba con la que se suministra el refrigerante;
• un tanque con un volumen de 500-1000 litros para agua caliente;
• calentador eléctrico o bomba de calor.

Antes de instalar colectores, es necesario calcular cuánta potencia necesitan para satisfacer completamente todas las necesidades. Al calcular, vale la pena considerar el área de una casa privada, la cantidad de personas que viven y el consumo de energía. Por ejemplo, para una familia pequeña de tres, en promedio, se requerirán de 200 a 500 W / m² por mes.

Si planea proporcionar agua caliente a una casa, los costos de energía aumentarán.Para mayor eficiencia, puede hacer una versión combinada del sistema de calefacción. En este caso, los hogares estarán asegurados y no se quedarán sin calefacción en situaciones de emergencia e imprevistos.

Calefacción de bricolaje en una casa privada: la mejor opción

En el esquema de calefacción a vapor de una casa residencial de uno o dos pisos, hay una caldera de calefacción, radiadores y un circuito cerrado de tuberías a través del cual circula un líquido calentado a cierta temperatura (anticongelante, agua). Para un edificio de un piso, es adecuado el sistema de gravedad más simple, cuyo principio de funcionamiento se basa en las leyes de la física.

En él, el refrigerante circula por gravedad debido a la presión hidráulica obtenida por la combinación:

• tuberías de varios diámetros;
• inclusión en el circuito de un tanque de expansión de tipo cerrado (expansomat) o abierto;
• diferencia de altura entre las tuberías de retorno (retorno) y directas (suministro).

Para casas de un área grande de cualquier número de pisos (1-2 pisos), se elige un esquema de calefacción con circulación forzada:

• bomba;
• depósito de expansión de cualquier tipo, instalado cerca de una caldera de combustible sólido (tipo membrana) o en la parte superior del circuito de calefacción (abierto).

Sistema de calefacción del colector

La mayor eficiencia y rendimiento se puede lograr instalando colectores en lugar de módulos solares, instalaciones al aire libre en las que el agua se calienta bajo la influencia de la radiación solar. Tal sistema es más lógico y natural, ya que no requiere el calentamiento del refrigerante por otros dispositivos.

Considere el diseño y el principio de funcionamiento de los dispositivos de dos tipos principales: planos y tubulares.

Versión plana para bricolaje

El diseño de las instalaciones planas es tan simple que los artesanos experimentados ensamblan análogos de artesanía con sus propias manos, compran algunas de las piezas en una tienda especializada y construyen algunas con material improvisado.

Dentro de una caja aislada de acero o aluminio, se fija una placa que absorbe el calor solar. La mayoría de las veces se cubre con una capa de cromo negro. Desde arriba, el disipador de calor está protegido por una tapa hermética transparente.

El agua se calienta en tubos colocados en una serpiente y conectados a la placa. El agua o el anticongelante ingresan a la caja a través del tubo de entrada, se calientan en los tubos y se mueven hacia la salida, hacia el tubo de salida.

La transmisión de luz de la cubierta se debe al uso de un material transparente: vidrio templado duradero o plástico (por ejemplo, policarbonato). Para evitar que los rayos del sol se reflejen, la superficie de vidrio o plástico está mate (+)

Hay dos tipos de conexión, monotubo y bitubo, no hay una diferencia fundamental en la elección. Pero hay una gran diferencia en cómo se suministrará el refrigerante a los colectores: por gravedad o usando una bomba. La primera opción se reconoce como ineficiente debido a la baja velocidad del movimiento del agua, según el principio de calefacción, se asemeja a un recipiente para una ducha de verano.

El funcionamiento de la segunda opción se produce debido a la conexión de una bomba de circulación, que suministra el refrigerante a la fuerza. El sistema de energía solar puede convertirse en una fuente de energía para el funcionamiento de los equipos de bombeo.

La temperatura del refrigerante cuando se calienta con un colector solar alcanza los 45-60 ºС, en la salida el indicador máximo es de 35-40 ºС.Para aumentar la eficiencia del sistema de calefacción, junto con los radiadores, se utilizan "suelos cálidos" (+)

Colectores tubulares - una solución para las regiones del norte

El principio general de funcionamiento se asemeja al funcionamiento de las contrapartes planas, pero con una diferencia: los tubos de intercambio de calor con el refrigerante están dentro de los matraces de vidrio. Los tubos en sí son de plumas, sellados por un lado y con apariencia de plumas, y coaxiales (de vacío), insertados entre sí y sellados por ambos lados.

Los intercambiadores de calor también son diferentes:

• un sistema para convertir la energía solar en energía térmica Heat-pipe;
• un tubo convencional para mover un refrigerante tipo U.

El segundo tipo de intercambiadores de calor se reconoce como más eficiente, pero no lo suficientemente popular debido al costo de las reparaciones: si falla un tubo, será necesario reemplazar toda la sección.

El Heat-pipe no forma parte de un segmento completo, por lo que se puede cambiar en 2-3 minutos. Los elementos coaxiales defectuosos se reparan simplemente quitando el enchufe y reemplazando el canal dañado.

Un diagrama que explica la naturaleza cíclica del proceso de calentamiento dentro de los tubos de vacío: el líquido frío se calienta y se evapora bajo la influencia del calor solar, dando paso a la siguiente porción de refrigerante frío (+)

Después de analizar las características técnicas de los colectores de varios tipos y resumir la experiencia de su uso, decidimos que los colectores planos son más adecuados para las regiones del sur y los colectores tubulares para las regiones del norte. Las instalaciones con el sistema Heat-pipe han demostrado su eficacia especialmente en climas duros. Tienen una capacidad de calentamiento incluso en días nublados y por la noche, "alimentándose" de una cantidad mínima de luz solar.

Un ejemplo de un esquema estándar para conectar colectores solares a equipos de calderas: una estación de bombeo proporciona circulación de agua, un controlador regula el proceso de calentamiento

Aumentar la eficiencia de los módulos solares

La eficiencia de los sistemas solares se puede mejorar utilizando uno de los siguientes métodos:

1. Cambiar la ubicación de los módulos. A veces, para aumentar la eficiencia, bastará con posicionar correctamente los módulos en relación con el vector de directividad de los rayos del sol. Esto generalmente requiere desplegar todos los módulos hacia el sur. Si el día en la región es largo, también puede usar las superficies dirigidas hacia el lado este y oeste: también hay suficiente luz que se convierte en energía.
2. Cambiar el ángulo de inclinación. La documentación de los módulos siempre indica el ángulo de inclinación recomendado en el que la eficiencia del sistema será máxima. En la práctica, este valor puede variar significativamente según la ubicación geográfica y otras características individuales.
3. Selección de una ubicación para la instalación. La mayoría de las veces, los módulos solares se instalan en el techo de un edificio; esta es la opción más fácil, económica y obvia, pero no la más efectiva. Lo mejor es preparar previamente una base giratoria e instalar los paneles sobre ella para que los dispositivos sigan los rayos del sol en su movimiento.

El último punto merece especial atención. Por supuesto, los módulos instalados en el techo no son inútiles; después de todo, no hay obstáculos para los rayos del sol en este caso, por lo que llegan fácilmente al dispositivo y se convierten en el tipo de energía requerido.

El problema es que la disposición de los módulos perpendicular a los rayos del sol tiene la máxima eficiencia en un corto período de tiempo.

Los dispositivos giratorios que rastrean la dirección actual de los rayos le permiten deshacerse de tales problemas. Es cierto que estos dispositivos también tienen aspectos negativos; en particular, estamos hablando del costo extremadamente alto de los sistemas rotativos. Además, en algunos casos, la adquisición de dichos equipos no afecta la eficiencia del sistema de ninguna manera, por ejemplo, si las condiciones climáticas no se tuvieron en cuenta adecuadamente. Los costos en este caso serán completamente inapropiados.

Según cálculos aproximados, para que los elementos giratorios den sus frutos, su número debe ser de al menos ocho. Por supuesto, puede usar una cantidad menor de módulos (alrededor de 3-4), pero serán una compra rentable solo si los conecta directamente a la bomba de agua; en otros casos, el aumento de la eficiencia será insignificante.

Cálculo de la eficiencia energética de los paneles solares

Al calcular el área requerida de los paneles solares, se debe tener en cuenta que un metro cuadrado de dicho equipo le dará alrededor de 120 vatios a su red. Ahora camine por su casa y calcule cuánta energía tienen sus electrodomésticos y equipos. También sería razonable estimar cuánto ahorro de energía se puede obtener reemplazando algunos dispositivos por otros energéticamente eficientes. Después de eso, puede comenzar a calcular el número y el área requeridos de los paneles solares, tratando de tener en cuenta el tiempo de actividad solar en su área.

Calentar una casa privada con energía solar.

Además de extraer electricidad de la energía solar, nuestra luminaria bien puede calentar su hogar. Por supuesto, puede utilizar la forma más sencilla y conectar el sistema de calefacción eléctrica a los paneles solares. Pero lo más probable es que sea bastante ineficaz, sobre todo teniendo en cuenta el número no muy elevado de días soleados al año en nuestras latitudes.

Lo mejor sería combinar un sistema de generación de electricidad mediante paneles solares y un sistema de calefacción autónomo basado en calentar el líquido con calor solar, que luego entra en los radiadores de calefacción de tu casa.

Cómo funciona la calefacción solar

Los colectores de calefacción serán el eslabón clave en un sistema de calefacción solar autónomo de este tipo. Son dispositivos especializados que, con pérdidas mínimas, transfieren la energía solar radiante a un refrigerante, que puede ser agua o un anticongelante especial.

circuito calentador solar

Una ventaja importante de este enfoque de alta tecnología es que dicho sistema funcionará de manera efectiva incluso en las condiciones climáticas más severas, su eficiencia no disminuye incluso a bajas temperaturas exteriores negativas.

Dichos sistemas, también llamados colectores solares, han demostrado su eficacia, por ejemplo, en las regiones del norte de China, en áreas con un clima muy duro. Además, en esas regiones se instalan incluso en edificios de apartamentos.

Después de calentarse en el colector, el refrigerante generalmente ingresa al tanque de almacenamiento, que está equipado con un excelente aislamiento térmico. La temperatura del líquido en dicho tanque se mantiene durante bastante tiempo.Si se usa agua corriente del grifo como portador de calor, entonces, además de calentar, dicho líquido también se puede usar para fines domésticos, por ejemplo, para lavar o lavar platos.

Normas y requisitos para la calefacción autónoma.

Antes de diseñar una estructura de calefacción, es necesario consultar SNiP 2.04.05-91, que establece los requisitos básicos para tuberías, calentadores y válvulas.

Las normas generales se reducen a garantizar que la casa tenga un microclima confortable para las personas que viven en ella, para equipar adecuadamente el sistema de calefacción, habiendo elaborado y aprobado previamente el proyecto.

Muchos requisitos se formulan en forma de recomendaciones en SNiP 31-02, que regula las reglas para la construcción de viviendas unifamiliares y su provisión de comunicaciones.

Por separado, se estipulan disposiciones relativas a la temperatura:

• los parámetros del refrigerante en las tuberías no deben exceder los + 90ºС;
• los indicadores óptimos están dentro de + 60-80ºС;
• la temperatura de la superficie exterior de los dispositivos de calefacción ubicados en la zona de acceso directo no debe exceder los 70ºС.

Se recomienda que las tuberías de los sistemas de calefacción estén hechas de tubos de latón, cobre y acero. El sector privado utiliza principalmente productos tubulares de polímeros y metal-plástico aprobados para su uso en la construcción.

Las tuberías de los circuitos de calentamiento de agua se colocan con mayor frecuencia de forma abierta. Se permite la colocación oculta al instalar "pisos cálidos"

El método de colocación de la tubería de calefacción puede ser:

• abierto. Se trata de colocar sobre estructuras de construcción con sujeción con clips y abrazaderas. Está permitido cuando se construyen circuitos a partir de tuberías de metal.Se permite el uso de análogos de polímeros si se excluye su daño por impacto térmico o mecánico.
• Oculto. Se trata de tender tuberías en estroboscópicos o canales seleccionados en estructuras de edificios, en zócalos o detrás de pantallas protectoras y decorativas. El contorno monolítico está permitido en edificios diseñados para al menos 20 años de operación y con una vida útil de las tuberías de al menos 40 años.

La prioridad es el método abierto de tendido, porque el diseño de la ruta de la tubería debe permitir el libre acceso a cualquier elemento del sistema para su reparación o reemplazo.

Las tuberías se ocultan en casos excepcionales, solo cuando dicha solución está dictada por una necesidad tecnológica, higiénica o constructiva, por ejemplo, al instalar "pisos cálidos" en una solera de hormigón.

Al tender la tubería de sistemas con movimiento natural del refrigerante, es necesario observar una pendiente de 0.002 - 0.003. Las tuberías de los sistemas de bombeo, dentro de las cuales el refrigerante se mueve a una velocidad de al menos 0,25 m/s, no necesitan proporcionar pendientes

En caso de tendido abierto de la red principal, las secciones que cruzan locales sin calefacción deben estar provistas de aislamiento térmico correspondiente a los datos climáticos de la región de construcción.

Se deben instalar tuberías de calefacción autónomas con circulación natural en la dirección del movimiento del refrigerante, de modo que el agua calentada llegue a las baterías por gravedad y, después del enfriamiento, se mueva a lo largo de la línea de retorno a la caldera de la misma manera. Las tuberías principales de los sistemas de bombeo se construyen sin pendiente, porque. no es necesario.

Se estipula el uso de varios tipos de tanques de expansión:

• abierto, utilizado para sistemas con bombeo y forzado natural, debe instalarse sobre el elevador principal;
• Los dispositivos de membrana cerrada, utilizados exclusivamente en sistemas forzados, se instalan en la línea de retorno frente a la caldera.

Los tanques de expansión están diseñados para compensar la expansión térmica del líquido cuando se calienta. Se necesitan para arrojar el exceso a la alcantarilla o cursi a la calle, como es el caso de las opciones abiertas más simples. Las cápsulas cerradas son más prácticas, porque no requieren intervención humana para ajustar la presión del sistema, pero son más caras.

Se instala un tanque de expansión de tipo abierto en el punto más alto del sistema. Además de proporcionar una reserva para expandir el líquido, también se le encomienda la tarea de eliminar el aire. Los tanques cerrados se colocan frente a la caldera, las salidas de aire y los separadores se utilizan para eliminar el aire.

Al elegir válvulas de cierre, se da preferencia a las válvulas de bola, al elegir una unidad de bombeo: equipo con una presión de hasta 30 kPa y una capacidad de hasta 3,0 m3 / h.

Las variedades de apertura de presupuesto deben reponerse periódicamente debido a la erosión estándar del fluido. Bajo su instalación, es necesario fortalecer significativamente el piso del ático y aislar el ático.

Se recomienda montar radiadores y convectores debajo de ventanas, en lugares convenientes para el mantenimiento. El papel de los elementos de calefacción en los baños o baños puede ser desempeñado por toalleros calentados conectados a comunicaciones de calefacción.

Acumulación de calor en roca caliente, hormigón, guijarros, etc.

El agua tiene una de las capacidades caloríficas más altas: 4,2 J / cm3 * K, mientras que el hormigón tiene solo un tercio de este valor.El hormigón, por otro lado, puede calentarse a temperaturas mucho más altas de 1200 °C, por ejemplo, mediante calefacción eléctrica y, por lo tanto, tiene una capacidad general mucho mayor. Siguiendo el ejemplo a continuación, un cubo aislado de aproximadamente 2,8 m de ancho puede proporcionar suficiente calor almacenado para que una casa satisfaga el 50% de la demanda de calefacción. En principio, podría utilizarse para almacenar el exceso de energía eólica o térmica fotovoltaica debido a la capacidad del calentamiento eléctrico para alcanzar altas temperaturas.

A nivel de condado, el proyecto Wiggenhausen-Süd en la ciudad alemana de Friedrichshafen atrajo la atención internacional. Se trata de una unidad de almacenamiento térmico de hormigón armado de 12.000 m3 (420.000 pies cúbicos) conectada a un complejo de colectores solares de 4.300 m2 (46.000 pies cuadrados) que proporciona la mitad de las necesidades de agua caliente y calefacción de 570 viviendas.

Siemens está construyendo una instalación de almacenamiento de calor cerca de Hamburgo con una capacidad de 36 MWh, que consta de basalto calentado a 600C y genera 1,5 MW de potencia. Está prevista la construcción de un sistema similar en la ciudad danesa de Sorø, donde el 41-58 % del calor almacenado con una capacidad de 18 MWh se transferirá a la calefacción urbana de la ciudad y el 30-41 % como electricidad.

ft.), cubriendo la mitad de las necesidades de agua caliente y calefacción de 570 viviendas. Siemens está construyendo una instalación de almacenamiento de calor cerca de Hamburgo con una capacidad de 36 MWh, que consta de basalto calentado a 600C y genera 1,5 MW de potencia. Está prevista la construcción de un sistema similar en la ciudad danesa de Sorø, donde el 41-58 % del calor almacenado con una capacidad de 18 MWh se transferirá a la calefacción urbana de la ciudad y el 30-41 % como electricidad.

Información básica sobre colectores solares caseros

Las unidades profesionales tienen una eficiencia de alrededor del 80-85%, pero debe tener en cuenta el hecho de que son bastante caras y casi todos pueden permitirse comprar materiales para ensamblar un colector casero.

En este sentido, todo depende de las características de diseño, que se determinan y calculan individualmente.

El montaje de la unidad no requiere herramientas difíciles de usar y de difícil acceso ni materiales caros.

Batería solar

Colector solar Herramientas de bricolaje

1. Perforador.
2. Taladro eléctrico.
3. Un martillo.
4. Sierra.

Hay varias variedades del diseño considerado. Se diferencian entre sí en eficiencia y costo final. En cualquier circunstancia, una unidad hecha en casa costará un orden de magnitud más barata que un modelo de fábrica con características similares.

Una de las mejores opciones es un colector solar de vacío. Esta es la opción más económica y más fácil en su ejecución.