Calefacción solar de una casa privada: opciones y diagramas de dispositivos

El uso de energía "verde" suministrada por elementos naturales puede reducir significativamente los costos de los servicios públicos. Por ejemplo, después de haber organizado el calentamiento solar de una casa privada, suministrará refrigerantes de baja temperatura y sistemas de calefacción por suelo radiante con refrigerante prácticamente libre. De acuerdo, esto es un ahorro.

Aprenderá todo sobre las "tecnologías verdes" de nuestro artículo. Con nuestra ayuda, puede descubrir fácilmente las variedades de instalaciones solares, cómo organizarlas y los detalles de operación. Seguramente estará interesado en una de las opciones populares que están trabajando intensamente en el mundo, pero que no es muy popular entre nosotros hasta ahora.

En la revisión presentada a su atención, se analizan las características de diseño de los sistemas, los esquemas de conexión se describen en detalle. Se da un ejemplo de cálculo de un circuito de calefacción solar para evaluar las realidades de su construcción. Para ayudar a los maestros independientes, se adjuntan colecciones de fotos y videos.

Tecnologías de calor verde

1 m promedio² La superficie de la tierra recibe 161 vatios de energía solar por hora. Por supuesto, en el ecuador, esta cifra será muchas veces mayor que en el Ártico. Además, la densidad de la radiación solar depende de la época del año.

En la región de Moscú, la intensidad de la radiación solar en diciembre-enero difiere de mayo-julio en más de cinco veces. Sin embargo, los sistemas modernos son tan efectivos que pueden funcionar en casi todo el mundo.

Los sistemas solares modernos pueden funcionar eficazmente en climas nublados y fríos de hasta -30 ° C

Tarea de uso energía de radiación solar con la máxima eficiencia se resuelve de dos maneras: calentamiento directo en colectores térmicos y baterías solares fotovoltaicas.Los paneles solares primero convierten la energía de los rayos del sol en electricidad, luego la transmiten a través de un sistema especial a los consumidores, como una caldera eléctrica.

Los colectores de calor, calentados por la acción de la luz solar, calientan el refrigerante de los sistemas de calefacción y el suministro de agua caliente.

Los colectores térmicos vienen en varias formas, incluidos sistemas abiertos y cerrados, estructuras planas y esféricas, colectores hemisféricos, concentradores y muchas otras opciones. La energía térmica recibida de los colectores solares se utiliza para calentar agua caliente o un medio de calentamiento.

Una amplia gama de industrias produce sistemas múltiples para su inclusión en una red de calefacción independiente. Sin embargo, la opción más simple para una residencia de verano es fácil de hacer con la suya:

A pesar del claro progreso en el desarrollo de soluciones para la recolección, almacenamiento y uso de energía solar, existen ventajas y desventajas.

Uso eficiente de la energía solar.

El beneficio más obvio del uso de energía solar es su disponibilidad general. De hecho, incluso en el clima más sombrío y nublado, la energía solar se puede recolectar y utilizar.

La segunda ventaja es cero emisiones. De hecho, esta es la forma de energía más ecológica y natural. Paneles solares y los coleccionistas no hacen ruido. En la mayoría de los casos, se instalan en los techos de los edificios sin ocupar el área utilizable de un área suburbana.

La eficiencia del calentamiento solar en nuestras latitudes es bastante baja, debido al número insuficiente de días soleados para el funcionamiento regular del sistema (+)

Las desventajas asociadas con el uso de la energía solar son la inconstancia de la iluminación. En la oscuridad, no hay nada que recolectar, la situación se ve agravada por el hecho de que el pico de la temporada de calefacción cae en las horas de luz más cortas del año. Es necesario controlar la limpieza óptica de los paneles, la contaminación menor reduce drásticamente la eficiencia.

Además, no se puede decir que el funcionamiento del sistema con energía solar es completamente gratuito, existen costos constantes para la depreciación de los equipos, el funcionamiento de la bomba de circulación y la electrónica de control.

Un inconveniente significativo del calentamiento basado en el uso de colectores solares es la incapacidad de almacenar energía térmica. Solo el tanque de expansión está incluido en el circuito (+)

Colectores solares abiertos

Un colector solar abierto es un sistema de tubos que no está protegido de las influencias externas, a través del cual circula un portador de calor calentado directamente por el sol.

Agua, gas, aire, anticongelante se utilizan como portadores de calor. Los tubos están montados en un panel de soporte en forma de bobina, o están conectados en filas paralelas al tubo de salida.

Los colectores solares de tipo abierto no pueden hacer frente al calentamiento de una casa privada. Debido a la falta de aislamiento, el refrigerante se enfría rápidamente. Se usan en verano principalmente para calentar agua en duchas o piscinas

Los colectores abiertos generalmente no tienen aislamiento. El diseño es muy simple, por lo tanto, tiene un bajo costo y a menudo se realiza de forma independiente.

Debido a la falta de aislamiento, prácticamente no retienen la energía recibida del sol, y se caracterizan por su baja eficiencia. Se utilizan principalmente en verano para calentar agua en piscinas o duchas de verano.

Se instalan en regiones soleadas y cálidas, con pequeñas diferencias en la temperatura ambiente y el agua caliente. Funcionan bien solo en clima soleado y tranquilo.

El colector solar más simple con un disipador de calor hecho de una bahía de tuberías de polímero asegurará el suministro de agua caliente en la cabaña para riego y necesidades domésticas.

Colectores tubulares

Los colectores solares tubulares se ensamblan a partir de tubos separados a lo largo de los cuales circula agua, gas o vapor. Esta es una de las variedades de heliosistemas abiertos. Sin embargo, el refrigerante ya está mucho mejor protegido de los negativos externos. Especialmente en instalaciones de vacío, dispuestas según el principio de termos.

Cada tubo está conectado al sistema por separado, paralelos entre sí. Si un tubo falla, es fácil reemplazarlo por uno nuevo. Toda la estructura se puede ensamblar directamente en el techo del edificio, lo que facilita enormemente la instalación.

El colector tubular tiene una estructura modular. El elemento principal es un tubo de vacío, el número de tubos varía de 18 a 30, lo que le permite seleccionar con precisión la potencia del sistema.

Una gran ventaja de los colectores solares tubulares es la forma cilíndrica de los elementos principales, debido a que la radiación solar se captura durante todo el día sin el uso de costosos sistemas de seguimiento para el movimiento del sol.

Un recubrimiento especial de múltiples capas crea una especie de trampa óptica para la luz solar. El diagrama muestra parcialmente la pared exterior de la bombilla de vacío que refleja los rayos en las paredes de la bombilla interior (+)

Según el diseño de los tubos, se distinguen los colectores solares de plumas y coaxiales.

El tubo coaxial es un recipiente Dyayur o un termo familiar. Hecho de dos matraces entre los cuales se bombea aire. Se aplica un recubrimiento altamente selectivo que absorbe eficazmente la energía solar a la superficie interna del bulbo interno.

Con la forma cilíndrica del tubo, los rayos del sol siempre caen perpendiculares a la superficie.

La energía térmica de la capa selectiva interna se transfiere a un tubo de calor o intercambiador de calor interno desde las placas de aluminio. En esta etapa, se produce una pérdida de calor no deseada.

El tubo de plumas es un cilindro de vidrio con un absorbedor de plumas insertado en su interior.

El sistema recibió su nombre de un absorbedor de plumas, que se ajusta firmemente a un canal de calor hecho de metal conductor de calor.

Para un buen aislamiento térmico, se bombea aire fuera del tubo. La transferencia de calor desde el absorbedor se produce sin pérdida, por lo que la eficiencia de los tubos de plumas es mayor.

De acuerdo con el método de transferencia de calor, hay dos sistemas: de un solo paso y con un tubo de calor. El termotubo es un recipiente sellado con un líquido volátil.

Como el líquido volátil fluye naturalmente hacia el fondo del tubo de calor, el ángulo mínimo de inclinación es de 20 ° C

Dentro del termotubo hay un líquido volátil que absorbe el calor de la pared interior del matraz o del absorbente de plumas. Bajo la influencia de la temperatura, el líquido hierve y sube en forma de vapor. Después de que el calor se transfiere al medio de calentamiento o al suministro de agua caliente, el vapor se condensa en un líquido y fluye hacia abajo.

Como líquido volátil, el agua a menudo se usa a baja presión. En un sistema de flujo directo, se usa un tubo en forma de U, a través del cual circula agua o un medio de calentamiento.

La mitad del tubo en forma de U está diseñado para refrigerante frío, el segundo elimina el calentado. Cuando se calienta, el refrigerante se expande y entra al tanque de almacenamiento, proporcionando circulación natural. Como en el caso de los sistemas con termotubo, el ángulo mínimo de inclinación debe ser de al menos 20⁰.

Con la conexión de flujo directo, la presión en el sistema no puede ser alta, ya que hay un vacío técnico dentro del matraz

Los sistemas de flujo directo son más eficientes ya que calientan inmediatamente el refrigerante. Si los sistemas de colectores solares están planificados para su uso durante todo el año, entonces se bombean anticongelantes especiales.

El uso de colectores solares tubulares tiene varias ventajas y desventajas. El diseño del colector solar tubular consta de los mismos elementos, que son relativamente fáciles de reemplazar.

Ventajas:

• baja pérdida de calor;
• capacidad de trabajar a temperaturas de hasta -30⁰С;
• productividad efectiva durante las horas del día;
• buen desempeño en áreas con clima templado y frío;
• viento reducido, justificado por la capacidad de los sistemas tubulares de pasar masas de aire a través de sí mismo;
• La posibilidad de producir refrigerante a alta temperatura.

Estructuralmente, la estructura tubular tiene una superficie de apertura limitada.

Tiene las siguientes desventajas:

• no es capaz de autolimpiarse de nieve, hielo, escarcha;
• alto costo

A pesar del alto costo inicial, los colectores tubulares pagan más rápido. Tienen una larga vida útil.

Los colectores tubulares son sistemas solares de tipo abierto, por lo tanto, no son adecuados para su uso durante todo el año en sistemas de calefacción (+)

Sistemas cerrados planos

El colector plano consta de un marco de aluminio, una capa absorbente especial: un absorbente, un revestimiento transparente, una tubería y un calentador.

Como absorbente, se utiliza una lámina de cobre ennegrecida, que se caracteriza por una conductividad térmica ideal para crear sistemas solares. Cuando la energía solar es absorbida por el absorbedor, la energía solar que recibe es transferida al refrigerante que circula a través del sistema de tubos adyacente al absorbedor.

En el exterior, el panel cerrado está protegido por un revestimiento transparente. Está hecho de vidrio templado a prueba de golpes que tiene una banda de paso de 0.4-1.8 micras. Este rango representa la máxima radiación solar. El vidrio a prueba de golpes proporciona una buena protección contra el granizo. En la parte posterior, todo el panel está aislado de manera confiable.

Los colectores solares planos ofrecen el máximo rendimiento y una construcción simple. Su eficiencia aumenta debido al uso de un absorbente. Son capaces de capturar la luz solar directa y dispersa.

La lista de beneficios de las pantallas planas cerradas incluye:

• simplicidad de diseño;
• buen desempeño en regiones con clima cálido;
• la capacidad de instalar en cualquier ángulo con dispositivos para cambiar el ángulo de inclinación;
• la capacidad de autolimpiarse de la nieve y la escarcha;
• bajo precio

Los colectores solares planos son especialmente ventajosos si su aplicación se planifica en la etapa de diseño. La vida útil de los productos de calidad es de 50 años.

Las desventajas incluyen:

• alta pérdida de calor;
• peso pesado
• alto viento al colocar paneles en ángulo con respecto al horizonte;
• Limitaciones de rendimiento con diferencias de temperatura de más de 40 ° C.

El alcance de los colectores cerrados es mucho más amplio que las instalaciones solares de tipo abierto. En el verano, pueden satisfacer completamente la necesidad de agua caliente. En días fríos, no incluidos por los servicios públicos durante la temporada de calefacción, pueden funcionar en lugar de calentadores de gas y eléctricos.

A los que deseen hacer un colector solar Con sus propias manos para un dispositivo de calefacción en el país, le sugerimos que se familiarice con esquemas probados e instrucciones de montaje paso a paso.

Comparación de las características de los colectores solares.

El indicador más importante de un colector solar es la eficiencia. El rendimiento útil de diferentes colectores solares de diseño depende de la diferencia de temperatura. Al mismo tiempo, los colectores planos son mucho más baratos que los tubulares.

Los valores de eficiencia dependen de la calidad de fabricación del colector solar. El propósito del gráfico es mostrar la efectividad del uso de diferentes sistemas dependiendo de la diferencia de temperatura.

Al elegir un colector solar, vale la pena prestar atención a una serie de parámetros que muestran la eficiencia y la potencia del dispositivo.

Hay varias características importantes para los colectores solares:

• coeficiente de adsorción: muestra la relación entre la energía absorbida y el total;
• factor de emisión: muestra la relación entre la energía transmitida y la absorbida;
• área total y de apertura;
• Eficiencia

El área de apertura es el área de trabajo del colector solar. En un colector plano, el área de apertura es máxima. El área de apertura es igual al área del absorbedor.

Formas de conectarse al sistema de calefacción.

Dado que los dispositivos alimentados por energía solar no pueden proporcionar una fuente de alimentación estable y permanente, se necesita un sistema resistente a estas deficiencias.

Para Rusia central, los dispositivos solares no pueden garantizar un suministro constante de energía, por lo tanto, se utilizan como un sistema adicional. La integración en el sistema de calefacción y agua caliente existente es diferente para el colector solar y el panel solar.

Circuito colector de agua

Se utilizan diferentes sistemas de conexión según el propósito del uso del colector de calor. Puede haber varias opciones:

1. Opción de verano para agua caliente.
2. Opción de invierno para calefacción y agua caliente.

La opción de verano es la más simple y puede prescindir incluso bomba de circulaciónutilizando circulación de agua natural.

El agua se calienta en el colector solar y debido a la expansión térmica ingresa al tanque de almacenamiento o caldera. En este caso, se produce una circulación natural: el agua fría se absorbe en el lugar del agua caliente del tanque.

En invierno, a bajas temperaturas, el calentamiento directo del agua no es posible. Un anticongelante especial circula en un circuito cerrado, proporcionando transferencia de calor desde el colector al intercambiador de calor en el tanque

Al igual que cualquier sistema basado en la circulación natural, no funciona de manera muy eficiente, lo que requiere la observancia de los sesgos necesarios. Además, el tanque de almacenamiento debe ser más alto que el colector solar. Para mantener el agua el mayor tiempo posible, el tanque caliente debe aislarse cuidadosamente.

Si realmente desea lograr la operación más eficiente del colector solar, el esquema de conexión es complicado.

Para evitar que el colector se convierta en un radiador de enfriamiento por la noche, es necesario detener la circulación de agua por la fuerza

El refrigerante no congelante circula a través del sistema colector solar. La circulación forzada es proporcionada por una bomba controlada por un controlador.

El controlador controla el funcionamiento de la bomba de circulación en función de las lecturas de al menos dos sensores de temperatura. El primer sensor mide la temperatura en el tanque de almacenamiento, el segundo, en la tubería de suministro del portador de calor caliente del colector solar.

Tan pronto como la temperatura en el tanque excede la temperatura del refrigerante, en el colector, el controlador apaga la bomba de circulación, deteniendo la circulación del refrigerante a través del sistema. A su vez, cuando la temperatura en el tanque de almacenamiento cae por debajo de un valor predeterminado, la caldera de calentamiento se enciende.

Con una nueva palabra y una alternativa efectiva a los colectores solares con refrigerante, los sistemas de acero con tubos de vacío, con el principio de funcionamiento y los dispositivos que proponemos conocer.

Circuito solar

Sería tentador aplicar un método similar diagrama de conexión solar a la red eléctrica, como es el caso del colector solar, acumulando la energía recibida por día. Desafortunadamente, es muy costoso crear una batería de capacidad suficiente para el sistema de suministro de energía de una casa privada. Por lo tanto, el diagrama de conexión es el siguiente.

Con una disminución en la potencia de la corriente eléctrica de la batería solar, la unidad ABP (inclusión automática de la reserva) asegura la conexión de los consumidores a una red eléctrica común

Desde los paneles solares, la carga va al controlador de carga, que realiza varias funciones: proporciona una recarga constante de las baterías y estabiliza el voltaje. Además, la corriente eléctrica se suministra al inversor, donde la conversión de corriente continua de 12V o 24V a corriente alterna monofásica de 220V.

Por desgracia, nuestras redes eléctricas no están adaptadas para recibir energía; solo pueden funcionar en una dirección desde una fuente hasta un consumidor. Por esta razón, no podrá vender la electricidad producida o al menos hacer que el medidor gire en la dirección opuesta.

El uso de paneles solares es beneficioso porque proporcionan una forma de energía más versátil, pero al mismo tiempo no se pueden comparar en eficiencia con los colectores solares. Sin embargo, estos últimos no tienen la capacidad de acumular energía, a diferencia de las baterías solares fotovoltaicas.

Ejemplo para calcular la potencia requerida

Al calcular la potencia requerida del colector solar, a menudo es erróneo hacer cálculos basados ​​en la energía solar entrante en los meses más fríos del año.

El hecho es que en los meses restantes del año, todo el sistema se sobrecalentará constantemente. La temperatura del refrigerante en el verano a la salida del colector solar puede alcanzar los 200 ° C con calentamiento de vapor o gas, 120 ° C de anticongelante, 150 ° C de agua. Si el refrigerante hierve, se evaporará parcialmente. Como resultado, tendrá que ser reemplazado.

Los fabricantes recomiendan comenzar a partir de las siguientes cifras:

• proporcionando suministro de agua caliente no más del 70%;
• proporcionando un sistema de calefacción de no más del 30%.

El resto del calor necesario debe ser generado por un equipo de calefacción estándar. Sin embargo, con tales indicadores por año, se ahorra un promedio de alrededor del 40% en calefacción y suministro de agua caliente.

La potencia generada por un tubo del sistema de vacío depende de la ubicación geográfica. La tasa de energía solar que cae por año a 1 m² la tierra se llama insolación.

Conociendo la longitud y el diámetro del tubo, puede calcular la apertura, el área de absorción efectiva. Queda por aplicar los factores de absorción y emisión para calcular la capacidad de un tubo por año.

Ejemplo de calculo:

La longitud estándar del tubo es de 1800 mm, efectiva - 1600 mm. Diámetro 58 mm. Apertura: un área sombreada creada por el tubo. Por lo tanto, el área del rectángulo de sombra es:

S = 1.6 * 0.058 = 0.0928m²

La eficiencia del tubo promedio es del 80%, la insolación solar para Moscú es de aproximadamente 1170 kWh / m² por año Por lo tanto, un tubo producirá por año:

W = 0.0928 * 1170 * 0.8 = 86.86kW * h

Cabe señalar que esta es una estimación muy aproximada. La cantidad de energía generada depende de la orientación de la instalación, el ángulo, la temperatura media anual, etc.

Con todo tipo fuentes alternativas de energía y las formas de usarlos se pueden encontrar en el artículo.

Conclusiones y video útil sobre el tema.

Video # 1. Demostración de la acción del colector solar en invierno:

Video # 2. Comparación de diferentes modelos de colectores solares:

A lo largo de su propia existencia, la humanidad consume cada vez más energía cada año. Se ha intentado utilizar la radiación solar gratuita durante mucho tiempo, pero solo recientemente se ha hecho posible utilizar eficazmente el sol en nuestras latitudes. No hay duda de que el futuro está en los sistemas solares.

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