Las razones de la popularidad de las fuentes de energía alternativas son comprensibles: existe la oportunidad de ahorrar combustible y realizar sueños de sistemas de soporte vital respetuosos con el medio ambiente. Usando hábilmente la energía del sol, el viento y el agua, puede convertir una casa de campo común en una casa ecológica moderna.
Le diremos cómo equipar la calefacción solar en una casa privada, analizaremos junto con usted lo rentable que es. Con el fin de cubrir a fondo los problemas del uso de la energía de la luz del día, describimos en detalle todas las opciones populares que han recibido una aplicación práctica y comentarios positivos de los usuarios.
Según nuestras recomendaciones, puede construir un sistema solar efectivo para una casa de verano o una casa de campo. Para facilitar la percepción de material difícil, complementamos la información con diagramas visuales, ilustraciones y guías de video.
Formas de utilizar la energía solar.
Los métodos para aplicar la energía del cuerpo celeste no son tecnologías innovadoras; el calor solar se ha utilizado durante mucho tiempo y con mucho éxito. Sin embargo, esto se aplica principalmente a Australia, algunos países de Europa, América y las regiones del sur, donde se puede obtener energía alternativa durante todo el año.
Algunas regiones del norte son deficientes en radiación natural, por lo que se usa como una opción adicional o alternativa.
galería de imágenes
Foto de
Paneles solares: una de las formas de obtener energía casi gratis emitida por un cuerpo celeste
La construcción de una planta de energía solar autónoma es aconsejable en regiones con una gran cantidad de días soleados, lo que no está asociado con la temperatura media anual.
Los sistemas solares autónomos se ubican principalmente en los techos de edificios bajos y en áreas libres de árboles.
Durante las heladas, los sistemas solares suministran energía para calentar el aire, el vapor o el agua, y en verano proporcionan agua caliente.
Las plantas de energía solar son tipos de generación de energía ecológica, ecológica y continuamente renovable.
Hasta ahora, la eficiencia de las plantas de energía solar depende demasiado de la cantidad de días soleados. Es rentable solo en las latitudes del sur. En el carril central y en el norte solo puede servir como fuente de reserva
Los paneles solares en el sur de los países de la CEI podrán proporcionar a una casa de campo electricidad, agua caliente y refrigerante para circuitos de calefacción.
Los sistemas solares, incluso utilizados como fuente de energía de respaldo, tienen un efecto económico bastante alto, reduciendo la carga en las principales opciones para la producción de energía.
Uso pasivo de la energía solar.
Opción de instalación de panel solar
Disposición óptima de un sistema solar privado.
La ubicación del panel solar a lo largo de los aleros.
Sistema solar en una suave pendiente del techo.
Estación de energía solar como fuente de respaldo
Funcionamiento con baterías en las regiones del sur de los países de la CEI
Los beneficios reales del sistema solar en el sector privado.
Los intermediarios entre los rayos del sol y el mecanismo de generación de energía son paneles solares o colectores, que difieren en propósito y diseño.
Las baterías acumulan la energía del sol y permiten que se use para alimentar electrodomésticos. Son paneles con fotocélulas por un lado y un mecanismo de bloqueo por el otro. Puede experimentar y montar la batería usted mismo, pero es más fácil comprar elementos confeccionados: la elección es lo suficientemente amplia.
Los sistemas solares (colectores solares) son parte del sistema de calefacción de la casa. Las grandes cajas aisladas con calor con refrigerante, así como las baterías, están montadas en escudos elevados frente al sol o en las pendientes del techo.
Es un error considerar que absolutamente todas las regiones del norte reciben mucho menos calor natural que las del sur. Supongamos que hay muchos más días soleados en Chukotka o en el centro de Canadá que en el sur de Gran Bretaña
Para aumentar la eficiencia, los paneles se colocan en mecanismos dinámicos que se asemejan a un sistema de seguimiento: rotan después del movimiento del sol. El proceso de conversión de energía tiene lugar en tubos ubicados dentro de las cajas.
La principal diferencia entre los sistemas solares y los paneles solares es que los primeros calientan el refrigerante, mientras que los segundos acumulan electricidad. Existe la posibilidad de calentar la habitación con la ayuda de fotocélulas, pero los circuitos del dispositivo son irracionales y adecuados solo para aquellas áreas donde hay al menos 200 días soleados en un año.
Esquema del sistema de calefacción con un colector solar conectado a la caldera y una fuente de electricidad de respaldo (por ejemplo, caldera de gas), utilizando combustible tradicional (+)
Pros y contras de un sistema de calefacción alternativo
El sistema de calefacción solar no ofrece muchas ventajas, pero cada una de ellas es importante y puede convertirse en la razón de experimentos privados:
- Ventajas ecologicas. Es seguro para los residentes de la casa y la naturaleza circundante, una fuente limpia de calor que no requiere el uso de combustibles tradicionales.
- Autonomía. Los propietarios de los sistemas son absolutamente independientes de los precios de la energía y de la situación económica del país.
- Rentabilidad. Mientras se mantiene el sistema de calefacción tradicional, es posible reducir el costo de pagar el agua caliente.
- Accesibilidad general. Para instalar sistemas solares no es necesario el permiso de las autoridades estatales.
Pero hay momentos desagradables que pueden arruinar el panorama general. Por ejemplo, para determinar la eficiencia del sistema, se requiere un largo período de al menos 3 años (siempre que haya suficiente energía solar y se use activamente).
Instalar solo módulos solares requerirá grandes inversiones: los paneles de silicio más baratos costarán al menos 2200 rublos. cada uno, y elementos policristalinos de seis diodos de la primera categoría, hasta 17000 cada uno. Calcular el costo de 30 módulos es bastante simple (+)
Los usuarios notan las siguientes desventajas:
- altos precios de los equipos necesarios para poner en funcionamiento el sistema;
- dependencia directa de la cantidad de calor producida en la ubicación geográfica y el clima;
- Disponibilidad obligatoria de una fuente de respaldo, por ejemplo, una caldera de gas (en la práctica, un sistema solar a menudo resulta ser un respaldo).
Para lograr mayores retornos, debe monitorear regularmente la salud de los recolectores, limpiarlos de escombros y protegerlos de la formación de hielo. Si la temperatura a menudo cae por debajo de 0ºС, debe cuidar el aislamiento térmico adicional no solo de los elementos del sistema solar, sino también de la casa en su conjunto.
galería de imágenes
Foto de
Paneles solares en el techo de una casa de campo
Montaje de las baterías del sistema solar de verano.
Equipamiento exterior de una estación de energía solar.
Dispositivos técnicos ubicados dentro de la casa.
Energía solar para calentar
El objetivo principal de las fotocélulas que ahorran energía es proporcionar electricidad a la casa. Para incluirlos en el circuito del sistema de calefacción y lograr un funcionamiento óptimo, es necesario ensamblar un circuito con un tanque de almacenamiento.
Es en él que el agua se calentará, lo que, habiendo alcanzado una cierta temperatura, llenará las tuberías y radiadores en las habitaciones que requieren calefacción (sala de estar, baño).
Sistema de energía solar con un tanque de circuito doble que organiza el calentamiento y el suministro de agua caliente en dos direcciones: para calentar radiadores y para puntos de análisis (+)
Intentemos analizar las características de diseño de los paneles solares y determinar su papel potencial en el sistema de calefacción.
El principio de funcionamiento de paneles con fotocélulas.
Hay tres tipos comunes de células para paneles solares:
- Monocristalinos. Estas son placas delgadas del silicio más puro cortado de un cristal cultivado en condiciones artificiales. La variedad más productiva con una eficiencia de aproximadamente 17-18%. La temperatura óptima para la operación es de 5 ºС a 25 ºС.
- Policristalino. Hecho de obleas obtenidas por enfriamiento gradual de una masa fundida de silicio. Las tecnologías para su producción son menos laboriosas, pero la eficiencia de las células fotovoltaicas hechas de policristal es significativamente menor, no más del 12%.
- Amorfo. Son de cine. Se fabrican por el método de la fase de evaporación, como resultado de lo cual el silicio en forma de película delgada se deposita sobre una base de polímero flexible. El método de producción más barato se combina con la tasa de producción más baja de hasta el 7%.
Para la instalación de sistemas de calefacción autónomos en las regiones del norte, las baterías fotovoltaicas ensambladas a partir de células monocristalinas se consideran la opción más adecuada. Sin embargo, las baterías con módulos amorfos son más fáciles de instalar, prácticamente no son exigentes en la base y son mucho más baratas.
Un módulo monocristal consta de elementos conectados en serie combinados en módulos. Varios módulos forman un panel solar. La superficie oscura de los sistemas solares fotovoltaicos optimiza la absorción de la luz solar.
La tarea de los elementos externos es absorber y transformar los rayos del sol. La energía liberada continúa y se concentra en el acumulador de almacenamiento. Un elemento pequeño genera alrededor de 100-250 vatios, y un panel prefabricado de 25-30 m² proporciona electricidad a una casa pequeña. Para la instalación de un sistema de calefacción, se requiere energía 2-3 veces más.
Un inversor actúa como un convertidor de corriente continua de la "producción" solar en electricidad, ya que se requiere una corriente alterna para la operación de electrodomésticos y lámparas.
Hablando específicamente sobre el sistema de calefacción, la caldera eléctrica para calentar agua también funciona con corriente alterna. Para proporcionar luz a un hogar por la noche, se necesitarán baterías que conserven los suministros durante el día.
Los módulos inversores se instalan en un lugar conveniente para el mantenimiento, aunque no necesita control constante y funciona en modo automático (+)
Eficiencia del uso de fotocélulas
La forma más fácil es comprar colectores solares y aplicar uno de los esquemas simples y probados a lo largo de los años. Sin embargo, las circunstancias a veces dictan sus términos. Supongamos que tiene un excelente sistema de funcionamiento con un generador solar, pero hasta ahora sirve para suministrar electricidad y proporcionar agua caliente a la casa.
Está claro que comprar nuevos equipos no es rentable, por lo tanto, es más fácil aumentar la energía mediante la compra de un cierto número de convertidores fotovoltaicos. La opción económica son los paneles de silicio con una capacidad de hasta el 23-25%.
Se debe conectar un calentador eléctrico a la fuente de corriente. Una opción universal es una caldera equipada con cableado de distribución.
Los elementos de película de polímero en el mercado ruso son mucho menos comunes que los análogos de silicio y policristalinos simples. Son convenientes para la instalación, pero tienen baja eficiencia: solo el 6%
Si organiza adecuadamente el suministro de electricidad, debería ser suficiente tanto para el suministro de agua caliente como para la calefacción. Hay ejemplos en los que la casa está completamente provista de calor: puede reconocerse por el techo, casi completamente cubierto con paneles.
A veces es necesario erigir estructuras especiales separadas si el área del techo no es suficiente. Resulta que para aumentar la potencia, se necesita espacio libre adicional.
Incluso los cálculos más completos no lo ayudarán a determinar la cantidad exacta de energía potencial y a crear rápidamente un sistema eficiente y racionalizado. El hecho es que en la práctica hay obstáculos, cuya apariencia es difícil de predecir.
Estos son algunos de los factores:
- Inconsistencia climática. Se desconoce un número claro de días soleados incluso en las regiones del sur. Predecir de manera confiable su número en las regiones del norte es casi imposible.
- Irregularidad en la generación de electricidad. Por ejemplo, en las regiones del norte en invierno hay poca luz del día, por lo que se gasta mucha energía solar procesada en iluminación. Además, la intensidad de la radiación solar en el invierno se reduce significativamente.
- Desgloses periódicos. Como todos los sistemas técnicos, los paneles solares pueden fallar ocasionalmente debido a daños a elementos individuales, conexiones contractuales, superficie protectora, etc.
Por lo tanto, puede aprender sobre la efectividad solo después de un cierto período de tiempo, al menos en un año. Es posible que deba aumentar la cantidad de fotocélulas o baterías, considerar un aislamiento térmico adicional en el hogar y reducir el área calentada. Supongamos que en las regiones del norte de Alemania, para ahorrar dinero, las habitaciones a menudo no tienen calefacción.
El mantenimiento de las fotocélulas instaladas no requiere habilidades especiales y consiste en una limpieza regular: limpiar la nieve en invierno y la basura en el período cálido, lavar la superficie de vidrio con agua de una manguera
Diagrama de instalación de la planta de energía doméstica
La forma más fácil de instalar un generador solar es contactar a una empresa que implementa componentes del sistema y ofrece servicios para su instalación. Ventajas: un proyecto profesional que tiene en cuenta las características individuales, una garantía para todos los productos y la instalación, menos - alto costo.
Si tiene la experiencia relevante, puede ensamblar independientemente una mini planta de energía con paneles solares para calentar una casa privada.
Se considera que el esquema híbrido más efectivo es un sistema aire-solar, en el que se utilizan fotocélulas para generar energía, colectores para calentar agua y se instala un generador eólico adicional. Se puede reemplazar con una fuente de combustible de respaldo (+)
Todas las piezas para ensamblar el sistema de calefacción se venden en tiendas especializadas.
Se deben comprar los siguientes componentes:
- un conjunto de módulos solares de silicio o película;
- batería de almacenamiento de energía;
- controlador de carga que regula el proceso de carga y descarga de la batería;
- un inversor que convierte la corriente continua en corriente alterna;
- Conjunto de cables de conexión.
Es deseable que las baterías sean las mismas (teniendo en cuenta la marca, la capacidad e incluso el lote) y que tengan la capacidad de almacenar energía durante 3-4 días. La duración de su trabajo depende de la temperatura ambiente: en condiciones de frío, se descargan rápidamente. Si el consumo diario es de 2400 Wh, se necesitan baterías con una capacidad total de al menos 1000 Ah.
Cuando utilice baterías de automóvil, recuerde que su eficiencia máxima es del 70-75% (la vida útil es de 3 años), los dispositivos especiales para sistemas solares tienen el mejor rendimiento, hasta el 85% (vida útil: 10 años). Se pierde una cierta cantidad de energía durante el almacenamiento y la conversión
La calidad de la corriente generada por los inversores sinusoidales para sistemas solares es mayor que la corriente de una red centralizada. Una característica del equipo es la sincronización de la fase de voltaje, en la cual la transición de 12 V a 220 V se lleva a cabo sin interrupción en la operación de los electrodomésticos.
Inversores de potencia: de 250 W a 6000 W y superiores.Puede aumentar la potencia de salida al vaciar la conexión paralela de varios dispositivos. Por ejemplo, 3 x 3000 W = 9000 W (+)
Después de instalar todos los elementos del sistema solar, es necesario conectar un tanque eléctrico que calienta el agua al inversor y, a su vez, una tubería de calefacción al tanque.
Sistema de calentamiento del colector
La mayor eficiencia y rendimiento se pueden lograr mediante la instalación de colectores de módulos solares en lugar de 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.
Opción plana hecha a sí misma
El diseño de las plantas planas es tan simple que los artesanos experimentados ensamblan contrapartes de artesanía con sus propias manos, después de haber comprado algunas de las piezas en una tienda especializada, y construyeron algunas de ellas con material improvisado.
Una placa que adsorbe el calor solar se fija dentro de una caja aislada de acero o aluminio. Muy a menudo está cubierto con una capa de cromo negro. El disipador de calor está protegido desde arriba por una cubierta transparente sellada.
El agua se calienta en tubos colocados por una serpiente y se conecta a un plato. El agua o el anticongelante ingresan a la caja a través del tubo de entrada, se calienta en los tubos y se mueve hacia la salida, hacia el tubo de salida.
La transmisión de luz de la tapa se explica por el uso de un material transparente: vidrio templado duradero o plástico (por ejemplo, policarbonato). Para evitar que la luz del sol se refleje, la superficie de vidrio o plástico está esmerilada (+)
Hay dos tipos de conexión, una tubería y dos tuberías, no hay una diferencia fundamental en la elección. Pero hay una gran diferencia en cómo se suministrará el refrigerante a los colectores: la gravedad o el uso de una bomba. La primera opción es reconocida como ineficaz debido a la baja velocidad de movimiento del agua; por el principio de calentamiento, se asemeja a la capacidad de una ducha de verano.
El funcionamiento de la segunda opción se debe a la conexión de una bomba de circulación, que suministra el refrigerante por la fuerza. Una fuente de energía para la operación de equipos de bombeo puede ser un sistema de energía solar.
La temperatura del refrigerante cuando se calienta mediante un colector solar alcanza 45-60 ºС, a la salida el indicador máximo es 35-40 ºС. Para aumentar la eficiencia del sistema de calefacción, junto con los radiadores, use "pisos calientes" (+)
Colectores tubulares: una solución para las regiones del norte
El principio general de funcionamiento se asemeja al funcionamiento de los análogos planos, pero con una diferencia: los tubos de intercambio de calor con refrigerante se encuentran dentro de los matraces de vidrio. Los tubos en sí son de plumas, sellados en un lado y con apariencia de plumas, y coaxiales (vacío) insertados entre sí y sellados en ambos lados.
Los intercambiadores de calor también son diferentes:
- sistema para convertir energía solar en tubería térmica;
- tubo ordinario para mover el refrigerante tipo U.
El segundo tipo de intercambiadores de calor se reconoce como más efectivo, pero no lo suficientemente popular debido al costo de reparación: si un tubo falla, se deberá reemplazar toda la sección.
La tubería de calor no es parte de un segmento completo, por lo que puede cambiarla en 2-3 minutos. Los elementos coaxiales fallidos se reparan simplemente quitando el enchufe y reemplazando el canal dañado.
Esquema que explica la naturaleza cíclica del proceso de calentamiento dentro de los tubos de vacío: el líquido frío bajo la influencia del calor solar se calienta y se evapora, dando paso a la siguiente porción del refrigerante (+)
Después de analizar las características técnicas de los diferentes tipos de colectores y resumir la experiencia de su uso, decidimos que los colectores planos son más adecuados para las regiones del sur y los tubulares para los del norte. Especialmente bien establecido en el duro clima de la instalación con el sistema Heat-pipe. Tienen capacidad de calentamiento incluso en días nublados y en la noche, "comiendo" una cantidad mínima de luz solar.
Un ejemplo de un esquema estándar para conectar colectores solares al equipo de caldera: una estación de bombeo proporciona circulación de agua, el controlador regula el proceso de calentamiento
Método de aumento de rendimiento
Por lo general, después de experimentar con una pequeña cantidad de módulos solares, los propietarios de casas privadas van más allá y mejoran el sistema de varias maneras.
La forma más fácil es aumentar el número de módulos involucrados, respectivamente, atraer espacio adicional para su ubicación y comprar equipos relacionados más potentes
¿Qué pasa si hay escasez de espacio libre? Aquí hay algunas pautas para mejorar la eficiencia de una estación solar (con fotocélulas o colectores):
- Cambiar la orientación de los módulos. Elementos móviles relativos a la posición del sol. En pocas palabras, la instalación de la parte principal de los paneles en el lado sur. Con una luz diurna prolongada, también es óptimo usar superficies orientadas al este y al oeste.
- Ajuste de inclinación. El fabricante generalmente indica qué ángulo es el más preferible (por ejemplo, 45º), pero a veces durante la instalación es necesario hacer ajustes teniendo en cuenta la latitud geográfica.
- La elección correcta del lugar de instalación. El techo es adecuado, porque la mayoría de las veces es el plano más alto y no está oscurecido por otros objetos (por ejemplo, árboles de jardín). Pero hay áreas aún más adecuadas: dispositivos de seguimiento giratorio para el sol.
Con los elementos perpendiculares a los rayos del sol, el sistema funciona de manera más eficiente, pero en una superficie fija estable (por ejemplo, un techo) esto es posible solo por un corto período de tiempo. Para aumentarlo, se les ocurrieron dispositivos de seguimiento prácticos.
Los mecanismos de seguimiento son plataformas dinámicas que giran con su plano siguiendo al sol. Gracias a ellos, la productividad del generador aumenta en el verano en un 35-40%, en el invierno, en un 10-12%
Una gran desventaja de los dispositivos de seguimiento es su alto costo. En algunos casos, no vale la pena, por lo que no tiene sentido invertir en mecanismos inútiles.
Se estima que 8 paneles es la cantidad mínima en la cual los costos se justificarán con el tiempo. Puede usar 3-4 módulos, pero bajo una condición: si están conectados directamente, pasando por alto las baterías, a la bomba de agua.
El otro día, Tesla Motors anunció la creación de un nuevo tipo de techo, con paneles solares integrados. Elon Musk dijo que un techo modificado será más barato que un techo convencional con colectores o módulos instalados.
Los videos temáticos lo ayudarán a imaginar mejor el dispositivo de las estaciones solares domésticas y a revelar algunos secretos de la instalación de equipos.
Video # 1. La información técnica sobre paneles solares y controladores de carga está disponible:
Video # 2. Experiencia útil de uso de paneles solares en los suburbios:
Video # 3. Un ejemplo de una estación solar que funciona con éxito, completamente ensamblada de forma independiente, que proporciona agua caliente sanitaria y calefacción doméstica:
Como puede ver, un sistema de calefacción con energía solar es un fenómeno muy real que puede darse cuenta de forma independiente. El campo de las formas alternativas de generar energía está en constante evolución, tal vez mañana escuche sobre un nuevo descubrimiento.
Te invitamos a comentar activamente sobre el material.Puede expresar su actitud hacia la "energía verde", compartir su experiencia en la construcción de un sistema solar, decir solo los detalles que conoce en el bloque a continuación.