Calentar una casa particular con paneles solares: diagramas y dispositivo.
Las razones de la popularidad de las fuentes de energía alternativas son bastante comprensibles: existe la oportunidad de ahorrar combustible y hacer realidad los sueños de sistemas de soporte vital respetuosos con el medio ambiente. Si utiliza hábilmente la energía del sol, el viento y el agua, puede convertir una casa de campo común y corriente en una casa ecológica moderna.
Te contamos cómo instalar calefacción solar en una vivienda particular y analizaremos contigo qué tan rentable es. Para cubrir a fondo los problemas del uso de la energía solar, describimos en detalle todas las opciones populares que han recibido aplicación práctica y críticas positivas de los usuarios.
Teniendo en cuenta nuestras recomendaciones, podrá construir un sistema solar eficaz para una casa de verano o una casa de campo. Para facilitar la comprensión del difícil material, hemos complementado la información con diagramas visuales, ilustraciones y tutoriales en vídeo.
El contenido del artículo:
Formas de utilizar la energía solar.
Métodos de aplicación energía del cuerpo celeste No pertenecen a tecnologías innovadoras; el calor solar se utiliza desde hace 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 carecen de radiación natural, por lo que se utiliza como opción adicional o de respaldo.
Los intermediarios entre los rayos del sol y el mecanismo generador de energía son los paneles o colectores solares, que difieren tanto en su finalidad como en su diseño.
Las baterías acumulan energía solar y permiten utilizarla para alimentar electrodomésticos. Son paneles con fotocélulas por un lado y mecanismo de bloqueo por el otro. Puede experimentar y montar la batería usted mismo, pero es más fácil comprar elementos ya preparados: la elección es bastante amplia.
Los sistemas solares (colectores solares) forman parte del sistema de calefacción de una casa. Grandes cajas aisladas térmicamente con refrigerante, como baterías, se montan sobre paneles elevados orientados al sol o a las pendientes del tejado.
Para aumentar la eficiencia, los paneles están colocados sobre mecanismos dinámicos que se asemejan a un sistema de seguimiento: giran siguiendo el movimiento del sol. El proceso de conversión de energía se produce en tubos ubicados en el interior de las cajas.
La principal diferencia entre los sistemas solares y los paneles solares es que los primeros calientan el refrigerante y los segundos acumulan electricidad. Es posible calentar la habitación mediante fotocélulas, pero los esquemas de diseño son irracionales y solo son adecuados para aquellas áreas donde hay al menos 200 días soleados al año.
Pros y contras de un sistema de calefacción alternativo.
No hay muchas ventajas de un sistema de calefacción solar, pero cada una de ellas es importante y puede convertirse en motivo de experimentos privados:
- Beneficios ambientales. Se trata de una fuente limpia de calor que es segura para los residentes de la casa y el entorno circundante y no requiere el uso de tipos de combustible tradicionales.
- Autonomía. Los propietarios de los sistemas son absolutamente independientes de los precios de la energía y de la situación económica del país.
- Económico. Manteniendo el sistema de calefacción tradicional, es posible reducir el costo del pago del suministro de agua caliente.
- Disponibilidad pública. Para instalar sistemas solares, no necesita permiso de las autoridades gubernamentales.
Pero también hay momentos desagradables que pueden estropear el panorama general. Por ejemplo, determinar la eficiencia del sistema requerirá un largo período, al menos 3 años (siempre que haya suficiente energía solar y se utilice activamente).
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 producido de la ubicación geográfica y el clima;
- la presencia obligatoria de una fuente de respaldo, por ejemplo, una caldera de gas (en la práctica, un sistema solar suele ser un respaldo).
Para lograr mayores rendimientos, es necesario controlar periódicamente el estado de funcionamiento de los colectores, limpiarlos de residuos y protegerlos de la formación de hielo durante las heladas. Si la temperatura a menudo cae por debajo de 0ºC, es necesario cuidar el aislamiento térmico adicional no solo de los elementos del sistema solar, sino también de la casa en su conjunto.
Energía solar para calefacción
El objetivo principal de las células fotovoltaicas de almacenamiento de energía es proporcionar electricidad al hogar. Para incluirlos en el diagrama. dispositivos del sistema de calefacción y para conseguir un funcionamiento óptimo es necesario montar el circuito con un depósito de almacenamiento.
Es en él donde se calentará el agua que, al alcanzar una determinada temperatura, llenará las tuberías y radiadores de las estancias que requieran calefacción (salón, baño).
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.
Existen tres tipos comunes de elementos para paneles solares:
- monocristalino. Se trata de finas obleas del silicio más puro, cortadas de un cristal cultivado en condiciones artificiales. La variedad más productiva con una eficiencia de alrededor del 17-18%. La temperatura óptima de funcionamiento es de 5 ºС a 25 ºС.
- policristalino. Elaborado a partir de obleas obtenidas por enfriamiento gradual de silicio fundido. La tecnología para su producción requiere menos mano de obra, pero la eficiencia de los elementos fotovoltaicos fabricados a partir de policristalinos es significativamente menor: no más del 12%.
- Amorfo. Son de película. Fabricado mediante el método de la fase de evaporación, como resultado del cual se deposita silicio en forma de una película delgada sobre una base de polímero flexible. El método de producción más barato se combina con una baja productividad, estimada en hasta el 7%.
Para la instalación de sistemas de calefacción autónomos en las regiones del norte, se considera la opción más adecuada. baterias fotovoltaicas, ensamblado a partir de elementos monocristalinos. Sin embargo, las baterías con módulos amorfos son más fáciles de instalar, prácticamente no requieren base y son mucho más económicas.
La tarea de los elementos externos es absorber y transformar los rayos del sol. La energía liberada llega más lejos y se concentra en el tanque de almacenamiento. Un elemento pequeño produce entre 100 y 250 W y un panel prefabricado de 25 a 30 m² proporciona electricidad a una casa pequeña. Instalar un sistema de calefacción requerirá entre 2 y 3 veces más energía.
Un inversor actúa como un convertidor de corriente continua de la “producción” solar en electricidad, ya que se requiere corriente alterna para el funcionamiento de electrodomésticos y lámparas.
Si hablamos específicamente del sistema de calefacción, una caldera eléctrica para calentar agua también funciona con corriente alterna. Para iluminar su hogar por la noche, necesitará baterías que almacenen suministros diurnos.
Eficiencia del uso de fotocélulas.
Más fácil de comprar colectores solares y aplicar uno de los esquemas simples que se han probado a lo largo de los años. Sin embargo, las circunstancias a veces dictan sus propias condiciones. Digamos que tienes un sistema de generador solar que funciona perfectamente, pero por ahora sólo sirve para suministrar electricidad y agua caliente a tu hogar.
Está claro que comprar equipos nuevos no es rentable, por lo que es más fácil aumentar la potencia comprando una cierta cantidad de convertidores fotoeléctricos. Opción económica: paneles de silicona con una productividad de hasta el 23-25%.
Es necesario conectar un dispositivo de calefacción que funcione con electricidad a la fuente actual.Una opción universal es una caldera equipada con cableado de distribución.
Si el suministro de electricidad está correctamente organizado, debería ser suficiente tanto para el suministro de agua caliente como para la calefacción. Hay ejemplos en los que la casa está totalmente equipada con calor: se puede reconocer por el techo, casi completamente cubierto con paneles.
A veces es necesario erigir estructuras independientes especiales si el área del techo no es suficiente. Resulta que para aumentar la potencia se necesita espacio libre adicional.
Incluso los cálculos más cuidadosos no le ayudarán a determinar la cantidad exacta de energía potencial y a crear rápidamente un sistema eficaz y que funcione bien. El hecho es que en la práctica surgen obstáculos cuya apariencia es bastante difícil de predecir.
Éstos son algunos de los factores:
- Inconsistencia del clima. El número exacto de días soleados se desconoce incluso en las regiones del sur. Es casi imposible predecir de forma fiable su número en las regiones del norte.
- Irregularidad en la recepción de electricidad. Por ejemplo, en las regiones del norte las horas de luz en invierno son cortas, por lo que se gasta mucha energía solar reciclada en iluminación. Además, la intensidad de la radiación solar en invierno disminuye significativamente.
- Averías periódicas. Como todos los sistemas técnicos, los paneles solares pueden fallar ocasionalmente debido a daños en elementos individuales, conexiones contractuales, superficies protectoras, etc.
En consecuencia, sólo podrá conocer la eficacia después de un cierto período de tiempo, al menos después de un año. Puede ser necesario aumentar la cantidad de fotocélulas o baterías, considerar un aislamiento térmico adicional de la casa y reducir el área calentada. Supongamos que en las regiones del norte de Alemania, para ahorrar dinero, los dormitorios a menudo no tienen calefacción.
Diagrama de instalación de una planta de energía doméstica.
La forma más fácil instalaciones de generadores solares – ponerse en contacto con una empresa que vende componentes del sistema y ofrece servicios de instalación. Ventajas: un proyecto profesional que tiene en cuenta las características individuales, garantía para todos los productos y la instalación, menos: el alto costo.
Si tiene experiencia relevante, puede montar de forma independiente una minicentral eléctrica con paneles solares para calentar una casa privada.
Todas las piezas para montar el sistema de calefacción se venden en tiendas especializadas.
Debes comprar los siguientes componentes:
- un conjunto de módulos solares de silicio o película;
- una batería recargable que almacena energía;
- controlador de carga que regula el proceso de carga y descarga de la batería;
- un inversor que convierte corriente continua en corriente alterna;
- Juego de cables de conexión.
Es deseable que las baterías sean iguales (teniendo en cuenta la marca, capacidad e incluso lote) y puedan almacenar energía durante 3-4 días. La duración de su funcionamiento depende de la temperatura ambiente; en condiciones de frío se descargan rápidamente. Si el consumo diario es de 2400 Wh, se requieren baterías con una capacidad total de al menos 1000 Ah.
La calidad de la corriente producida por sinusoidal. inversores para sistemas solares, superior a los indicadores actuales de la red centralizada. Una característica especial del equipo es la sincronización de la fase de voltaje, en la que la transición de 12 V a 220 V se realiza sin interrupción en el funcionamiento de los electrodomésticos.
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 calefacción de colector
La mayor eficiencia y rentabilidad se pueden lograr instalando colectores en lugar de módulos solares: instalaciones externas en las que el agua se calienta bajo la influencia de la radiación solar. Un sistema de este tipo es más lógico y natural, ya que no requiere calentar el refrigerante con otros dispositivos.
Consideremos el diseño y principio de funcionamiento de dos tipos principales de dispositivos: planos y tubulares.
Versión plana para autoproducción.
El diseño de instalaciones planas es tan simple que los artesanos experimentados ensamblan análogos artesanales con sus propias manos, compran algunas piezas en una tienda especializada y construyen otras a partir de materiales de desecho.
Dentro de la caja aislada de acero o aluminio hay una placa que absorbe el calor solar. La mayoría de las veces está recubierto con una capa de cromo negro. El absorbente de calor está protegido en la parte superior por una cubierta transparente sellada.
El calentamiento del agua se produce en tubos colocados en forma de serpiente y conectados a una placa. El agua o anticongelante ingresa a la caja a través del tubo de entrada, se calienta en los tubos y se mueve hacia la salida, al tubo de salida.
Hay dos tipos de conexión, monotubo y bitubo, no existe una diferencia fundamental en la elección. Pero hay una gran diferencia en la forma en que se suministrará el refrigerante a los colectores: por gravedad o mediante una bomba. La primera opción se considera ineficaz debido a la baja velocidad del movimiento del agua, según el principio de calentamiento, se parece a un recipiente para una ducha de verano.
El funcionamiento de la segunda opción se produce mediante la conexión de una bomba de circulación, que suministra refrigerante a la fuerza. La fuente de energía para operar el equipo de bombeo puede ser un sistema de energía solar.
Colectores tubulares: una solución para las regiones del norte
El principio general de funcionamiento recuerda al funcionamiento de las contrapartes planas, pero con una diferencia: los tubos de intercambio de calor con refrigerante se encuentran dentro de matraces de vidrio. Los tubos en sí pueden ser de plumas, sellados por un lado y con apariencia de plumas, y coaxiales (vacío), insertados entre sí y sellados por ambos lados.
Los intercambiadores de calor también son diferentes:
- sistema de conversión de energía solar en energía térmica Heat-pipe;
- un tubo de transferencia de refrigerante tipo U normal.
El segundo tipo de intercambiador de calor se considera más eficiente, pero no es 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 averiados se pueden reparar simplemente quitando el tapón y reemplazando el canal dañado.
Después de analizar las características técnicas de varios tipos de colectores y resumir la experiencia de su uso, decidimos que los colectores de placa plana son más adecuados para las regiones del sur y los tubulares, para las regiones del norte. Las instalaciones con el sistema Heat-pipe han demostrado su eficacia especialmente en climas duros.Tienen capacidad de calentamiento incluso en días nublados y de noche, “alimentándose” de una mínima cantidad de luz solar.
Método para aumentar la productividad.
Normalmente, después de experimentar con un pequeño número de módulos solares, los propietarios de viviendas particulares van más allá y mejoran el sistema de diversas maneras.
¿Qué hacer si hay escasez de espacio libre? A continuación se ofrecen algunas recomendaciones para aumentar la eficiencia de una estación solar (con fotocélulas o colectores):
- Cambiar la orientación de los módulos. Elementos móviles en relación con la posición del sol. En pocas palabras, instalando la mayor parte de los paneles en el lado sur. Durante las largas horas de luz, también es óptimo utilizar superficies orientadas al este y al oeste.
- Ajuste del ángulo de inclinación. El fabricante suele indicar qué ángulo es más preferible (por ejemplo, 45º), pero en ocasiones durante la instalación es necesario realizar ajustes teniendo en cuenta la latitud geográfica.
- Elección correcta del lugar de instalación. El techo es adecuado porque suele ser el plano más alto y no queda oculto por otros objetos (por ejemplo, árboles de jardín). Pero hay áreas aún más adecuadas: los dispositivos giratorios de seguimiento solar.
Cuando los elementos se colocan perpendiculares a los rayos del sol, el sistema funciona de manera más eficiente, pero en una superficie estable (por ejemplo, un techo) esto sólo es posible por un corto período de tiempo. Para aumentar esto, se han inventado prácticos dispositivos de seguimiento.
La gran desventaja de los dispositivos de seguimiento es su elevado coste. En algunos casos, no da sus frutos, por lo que no tiene sentido invertir en mecanismos inútiles.
Se estima que 8 paneles es el número mínimo con el que se justificarán los costes en el tiempo. Puedes utilizar 3-4 módulos, pero con una condición: si están conectados directamente a la bomba de agua, sin pasar por las baterías.
Precisamente el otro día, Tesla Motors anunció la creación de un nuevo tipo de techo, con integrado paneles solares. Elon Musk dijo que el techo modificado será más barato que un techo convencional con colectores o módulos instalados.
Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.
Los videos temáticos lo ayudarán a imaginar mejor el diseño de estaciones solares domésticas y le revelarán algunos de los secretos de la instalación de equipos.
Vídeo #1. Información técnica disponible sobre paneles solares y controladores de carga:
Vídeo #2. Experiencia útil en el uso de paneles solares en la región de Moscú:
Vídeo #3. Un ejemplo de una estación solar que funciona con éxito y que se ensambla completamente de forma independiente y que proporciona suministro de agua caliente y calefacción a la casa:
Como puedes ver, un sistema de calefacción solar es un fenómeno muy real que puedes implementar tú mismo. El campo de los métodos alternativos de obtención de energía está en constante desarrollo, quizás mañana oigas hablar de un nuevo descubrimiento.
Te invitamos a comentar activamente el material. Puede expresar su actitud hacia la "energía verde", compartir su experiencia en la instalación de un sistema de paneles solares y contarle solo a usted las sutilezas conocidas en el bloque que se encuentra a continuación.
Hace poco tuve la idea de cómo independizar energéticamente mi hogar. En la realidad moderna, los precios de la electricidad están aumentando y un sistema de electricidad solar en este sentido puede ser una excelente solución. En el futuro, cuando la tecnología se desarrolle, quiero hacer una casa energéticamente independiente, porque cuanto más se desarrolle la tecnología, más barato será su costo. Mientras tanto, sigamos las novedades en el desarrollo de la tecnología de células solares :)
Al tener experiencia personal en el funcionamiento de paneles solares, puedo expresar mi opinión, confirmada por la práctica. Dadas las condiciones climáticas del centro de Rusia, el uso de tales dispositivos no está justificado en modo alguno. Los paneles solares funcionan normalmente sólo desde abril hasta finales de septiembre. En este momento son más eficientes, produciendo del 70 al 95% de la energía. Y cuando realmente se necesita calefacción, entre noviembre y marzo, se produce entre el 10 y el 50% de la potencia declarada. Los paneles solares son más adecuados para calentar agua en verano (en nuestras condiciones climáticas).
Hasta ahora solo tengo una miniestación en el balcón. Placa de 100W.Ahora no da mucho, basta para reparar lámparas y un ordenador que funcione, en verano la gama, por así decirlo, se amplía un poco, pero todavía no lo suficiente. La cosa en sí es interesante, pero hay que tener en cuenta las condiciones climáticas, las características específicas del consumo de energía y muchas otras cosas. Para utilizarlo realmente es necesario invertir mucho.
¿Qué pasa con el impacto en una persona? ¿Los paneles solares generan allí campos nocivos?
Olesya, los paneles no generan radiación, solo la absorben. Desde este punto de vista, no hay absolutamente nada de qué preocuparse.
Chicos, ¿existen sistemas solares que devuelvan voltaje a la red de la ciudad si no se utiliza la energía solar extraída en electrodomésticos? Dicen que el medidor puede retroceder...
Entiendo la esencia de su pregunta, pero para transferir la energía restante no utilizada a la red eléctrica de la ciudad, no se necesitan paneles solares especiales. Para ello, es necesario disponer de un inversor especial que se conectará a la red eléctrica de la ciudad y redirigirá el exceso de energía.
Desde el punto de vista técnico, todo es bastante simple, tal conexión es posible, lo que no se puede decir del componente legislativo. Por ejemplo, en Rusia, la alimentación a la red está prohibida, simplemente no existe una "tarifa verde", el proyecto legislativo ha estado bajo consideración durante más de cinco años.
En Ucrania, por ejemplo, los precios de la “tarifa verde” son ahora más bajos que los precios de venta, por lo que se ha vuelto más rentable utilizar el excedente que venderlo a la red.En tales casos, simplemente se limita la producción cuando la potencia del inversor se ajusta únicamente al consumo actual.
Estimado experto, está muy equivocado acerca del “arancel verde” en Ucrania. ¡¡El coste de vender el excedente a la red es 10 veces mayor que el coste de la electricidad en la red!! ¡Así que las centrales eléctricas bajo la “tarifa verde” son ahora la actividad que paga más rápido!
Vi un programa de televisión sobre Alemania. Allí un alemán tiene un sistema de este tipo en una casa privada. Está liquidando parte del préstamo que tomó para comprar un sistema solar.
¿Cuándo se crearán las baterías electrotérmicas?
La bomba de pozo de 15 kW ahora funciona con la red eléctrica. Quiero crear energía solar sin baterías. ¿Poder?
Y si instalas una estación solar de 30 kW, pones baterías eléctricas, una caldera eléctrica y acumuladores en la casa, ¿será suficiente en invierno? Ubicación en el centro de Ucrania