Cómo hacer un colector solar para calefacción con tus propias manos: una guía paso a paso
El aumento del coste de las fuentes de energía tradicionales anima a los propietarios privados a buscar opciones alternativas para calentar sus hogares y calentar agua.De acuerdo, el componente financiero de la cuestión jugará un papel importante a la hora de elegir un sistema de calefacción.
Uno de los métodos más prometedores de suministro de energía es la conversión de la radiación solar. Para ello se utilizan sistemas solares. Comprender el principio de su diseño y el mecanismo de funcionamiento, hacer un colector solar para calefacción con sus propias manos no será difícil.
Le informaremos sobre las características de diseño de los sistemas solares, le ofreceremos un diagrama de montaje sencillo y le describiremos los materiales que se pueden utilizar. Las etapas del trabajo van acompañadas de fotografías visuales, el material se complementa con vídeos sobre la creación y puesta en marcha de un coleccionista casero.
El contenido del artículo:
Principio de funcionamiento y características de diseño.
Los sistemas solares modernos son uno de los tipos de fuentes alternativas recibiendo calor. Se utilizan como equipo de calefacción auxiliar que convierte la radiación solar en energía útil para los propietarios de viviendas.
Pueden proporcionar suministro completo de agua caliente y calefacción durante la estación fría solo en las regiones del sur. Y solo si ocupan un área suficientemente grande y se instalan en áreas abiertas sin sombra de árboles.
A pesar de la gran cantidad de variedades, su principio de funcionamiento es el mismo. Cualquier sistema solar Es un circuito con una disposición secuencial de dispositivos que suministran energía térmica y la transmiten al consumidor.
Los principales elementos de trabajo son paneles solares basados en fotocélulas o colectores solares. Tecnología montaje de generador solar en placas fotográficas es algo más complicado que en un colector tubular.
En este artículo veremos la segunda opción: un sistema de colector solar.
Los colectores son un sistema de tubos conectados en serie a las líneas de salida y entrada o dispuestos en forma de bobina. Por los tubos circula agua de proceso, flujo de aire o una mezcla de agua y algún tipo de líquido no congelante.
La circulación es estimulada por fenómenos físicos: evaporación, cambios de presión y densidad por la transición de un estado de agregación a otro, etc.
La captación y acumulación de energía solar se realiza mediante absorbedores. Se trata de una placa de metal macizo con una superficie exterior ennegrecida o de un sistema de placas individuales unidas a tubos.
Para la fabricación de la parte superior del cuerpo, la tapa, se utilizan materiales con alta capacidad para transmitir luz. Puede ser plexiglás, materiales poliméricos similares, tipos templados de vidrio tradicional.
Hay que decir que los materiales poliméricos no toleran bastante bien la influencia de los rayos ultravioleta.Todos los tipos de plástico tienen un coeficiente de expansión térmica bastante alto, lo que a menudo conduce a una despresurización de la carcasa. Por lo tanto, el uso de dichos materiales para la fabricación del cuerpo del colector debe ser limitado.
El agua como refrigerante sólo se puede utilizar en sistemas diseñados para suministrar calor adicional en el período otoño/primavera. Si planea utilizar el sistema solar durante todo el año, antes de la primera ola de frío, cambie el agua de proceso por una mezcla de ésta y anticongelante.
Si se instala un colector solar para calentar un edificio pequeño que no tiene conexión con la calefacción autónoma de la cabaña o con redes centralizadas, al principio se construye un sistema simple de circuito único con un dispositivo de calefacción.
La cadena no incluye bombas de circulación ni dispositivos de calefacción. El esquema es extremadamente simple, pero sólo puede funcionar en veranos soleados.
Cuando se incluye un colector en una estructura técnica de doble circuito, todo es mucho más complicado, pero el rango de días aptos para su uso aumenta significativamente. El colector procesa solo un circuito. La carga predominante se coloca en la unidad de calefacción principal, que funciona con electricidad o cualquier tipo de combustible.
A pesar de la dependencia directa del rendimiento de los dispositivos solares del número de días soleados, tienen demanda y la demanda de dispositivos solares aumenta constantemente. Son populares entre los artesanos populares que buscan canalizar todo tipo de energía natural en canales útiles.
Clasificación según criterios de temperatura.
Existe una gran cantidad de criterios mediante los cuales se clasifican ciertos diseños de sistemas solares. Sin embargo, para los dispositivos que pueden fabricarse con sus propias manos y usarse para suministro de agua caliente y calefacción, la opción más racional sería separarlos por tipo de refrigerante.
Entonces, los sistemas pueden ser líquidos y aire. El primer tipo es el más aplicable.
Además, a menudo se utiliza una clasificación basada en la temperatura a la que se pueden calentar los componentes de trabajo del colector:
- Baja temperatura. Opciones capaces de calentar el refrigerante hasta 50ºС. Se utilizan para calentar agua en tanques de riego, bañeras y duchas en verano y para mejorar el confort en las noches frescas de primavera y otoño.
- Temperatura media. Proporcione una temperatura del refrigerante de 80ºС. Se pueden utilizar para calentar habitaciones. Estas opciones son las más adecuadas para amueblar casas privadas.
- Alta temperatura. La temperatura del refrigerante en este tipo de instalaciones puede alcanzar hasta 200-300ºС. Se utilizan a escala industrial, instalados para calentar talleres de producción, edificios comerciales, etc.
Los sistemas solares de alta temperatura utilizan un proceso bastante complejo de transferencia de energía térmica. Además, ocupan una cantidad de espacio impresionante, que la mayoría de nuestros amantes de la vida en el campo no pueden permitirse.
El proceso de fabricación requiere mucha mano de obra y su implementación requiere equipo especializado. Es casi imposible crear una versión de este sistema solar por tu cuenta.
Colector hecho a mano
Hacer un dispositivo solar con sus propias manos es un proceso fascinante que trae muchos beneficios. Gracias a él, es posible utilizar racionalmente la radiación solar gratuita y resolver varios problemas económicos importantes. Consideremos los detalles de la creación de un colector de placa plana que suministra agua caliente al sistema de calefacción.
Materiales de bricolaje
El material más simple y asequible para el autoensamblaje de un cuerpo de colector solar es un bloque de madera con tablero, madera contrachapada, tableros OSB u opciones similares. Como alternativa, se puede utilizar un perfil de acero o aluminio con láminas similares. Una caja de metal costará un poco más.
Los materiales deben cumplir con los requisitos para estructuras utilizadas al aire libre. La vida útil de un colector solar varía de 20 a 30 años.
Esto significa que los materiales deben tener un cierto conjunto de características operativas que permitirán que la estructura se utilice durante toda su vida.
Si el cuerpo está hecho de madera, la durabilidad del material se puede garantizar impregnando con emulsiones de agua y polímero y cubriéndolo con pinturas y barnices.
El principio básico que se debe seguir a la hora de diseñar y montar un colector solar es la disponibilidad de materiales en cuanto a precio y disponibilidad. Es decir, se pueden encontrar en el mercado libre o fabricarse independientemente a partir de materiales disponibles.
Matices del aislamiento térmico.
Para evitar la pérdida de energía térmica, se instala material aislante en el fondo de la caja. Puede ser espuma de poliestireno o lana mineral. La industria moderna produce una gama bastante amplia de materiales aislantes.
Para aislar la caja, puede utilizar opciones de aislamiento de lámina. De esta manera, es posible proporcionar tanto aislamiento térmico como reflexión de la luz solar desde la superficie de la lámina.
Si se utiliza espuma rígida o tablero de poliestireno expandido como material aislante, se pueden cortar ranuras para acomodar el sistema de bobinas o tuberías. Normalmente, el colector absorbente se coloca encima del aislamiento térmico y se fija firmemente al fondo de la carcasa de una manera que depende del material utilizado en la fabricación de la carcasa.
Disipador de calor del colector solar
Este es un elemento absorbente. Es un sistema de tuberías en el que se calienta el refrigerante y las piezas suelen estar hechas de láminas de cobre. Se considera que los materiales óptimos para la fabricación de un disipador de calor son tubos de cobre.
Los artesanos del hogar han inventado una opción más económica: un intercambiador de calor en espiral hecho de tubos de polipropileno.
Una solución económica interesante es un absorbente del sistema solar hecho de un tubo de polímero flexible. Se utilizan accesorios adecuados para conectar los dispositivos en la entrada y salida. La elección de los materiales disponibles con los que se puede fabricar un intercambiador de calor de colector solar es bastante amplia. Podría ser el intercambiador de calor de un frigorífico viejo, tuberías de agua de polietileno, radiadores de paneles de acero, etc.
Un criterio importante para la eficiencia es la conductividad térmica del material del que está hecho el intercambiador de calor.
Para la autoproducción, el cobre es la mejor opción. Tiene una conductividad térmica de 394 W/m². Para el aluminio, este parámetro varía de 202 a 236 W/m².
Sin embargo, la gran diferencia en los parámetros de conductividad térmica entre las tuberías de cobre y polipropileno no significa que un intercambiador de calor con tuberías de cobre produzca volúmenes de agua caliente cientos de veces mayores.
En igualdad de condiciones, el rendimiento de un intercambiador de calor fabricado con tubos de cobre será un 20% más eficiente que el rendimiento de las opciones de metal y plástico. Por eso los intercambiadores de calor fabricados con tubos de polímero tienen derecho a vivir. Además, estas opciones serán mucho más económicas.
Independientemente del material de las tuberías, todas las conexiones, tanto soldadas como roscadas, deben estar selladas. Los tubos se pueden colocar paralelos entre sí o en forma de bobina.
El circuito tipo bobina reduce la cantidad de conexiones, lo que reduce la probabilidad de fugas y garantiza un flujo de refrigerante más uniforme.
La parte superior de la caja en la que se encuentra el intercambiador de calor está cubierta de vidrio.Como alternativa, puede utilizar materiales modernos, como un análogo acrílico o policarbonato monolítico. El material translúcido puede no ser liso, sino estriado o mate.
Este tratamiento reduce la reflectividad del material. Además, este material debe soportar importantes cargas mecánicas.
En los modelos industriales de este tipo de sistemas solares se utiliza vidrio solar especial. Este vidrio se caracteriza por un bajo contenido en hierro, lo que garantiza menores pérdidas de energía térmica.
Tanque de almacenamiento o cámara anterior
Como tanque de almacenamiento se puede utilizar cualquier recipiente con un volumen de 20 a 40 litros. Una serie de tanques un poco más pequeños conectados por tuberías en una cadena en serie será suficiente. Se recomienda aislar el tanque de almacenamiento, porque El agua calentada por el sol en un recipiente sin aislamiento perderá rápidamente energía térmica.
De hecho, el refrigerante en el sistema de calefacción solar debe circular sin acumulación, porque La energía térmica recibida del mismo debe consumirse durante el período de recepción. El tanque de almacenamiento sirve más bien como distribuidor de agua calentada y como cámara frontal que mantiene la estabilidad de la presión en el sistema.
Etapas del montaje del sistema solar.
Después de fabricar el colector y preparar todos los elementos estructurales que componen el sistema, se puede proceder a la instalación directa.
El trabajo comienza con la instalación de una cámara delantera, que, por regla general, se coloca en el punto más alto posible: en el ático, en una torre independiente, en un paso elevado, etc.
Durante la instalación hay que tener en cuenta que después de llenar el sistema con refrigerante líquido, esta parte de la estructura tendrá un peso impresionante. Por lo tanto, debe asegurarse de que el techo sea confiable o reforzarlo.
Después de instalar el contenedor, comience a instalar el colector. Este elemento estructural del sistema se ubica en el lado sur. El ángulo de inclinación con respecto al horizonte debe ser de 35 a 45 grados.
Después de instalar todos los elementos, se unen con tuberías, conectándolos en un solo sistema hidráulico. La estanqueidad del sistema hidráulico es un criterio importante del que depende el funcionamiento eficiente del colector solar.
Para conectar elementos estructurales en un solo sistema hidráulico, se utilizan tuberías con un diámetro de pulgada y media. El diámetro más pequeño se utiliza para construir la parte de presión del sistema.
La parte de presión del sistema se refiere a la entrada de agua a la cámara frontal y la salida del refrigerante calentado al sistema de calefacción y suministro de agua caliente. El resto se monta mediante tubos de mayor diámetro.
Para evitar pérdidas de energía térmica, las tuberías deben aislarse cuidadosamente.Para ello, puede utilizar espuma de poliestireno, lana de basalto o versiones laminadas de materiales aislantes modernos. El tanque de almacenamiento y la cámara frontal también están sujetos al procedimiento de aislamiento.
La opción más sencilla y económica para el aislamiento térmico de un tanque acumulativo es construir una caja de madera contrachapada o tablas a su alrededor. El espacio entre la caja y el contenedor debe rellenarse con material aislante. Puede ser lana de escoria, una mezcla de paja y arcilla, aserrín seco, etc.
Prueba antes de la puesta en servicio
Después de instalar todos los elementos del sistema y aislar parte de las estructuras, puede comenzar a llenar el sistema con refrigerante líquido. El llenado inicial del sistema debe realizarse a través del tubo ubicado en la parte inferior del colector.
Es decir, el llenado se realiza de abajo hacia arriba. Gracias a estas acciones se puede evitar la posible formación de atascos de aire.
El agua u otro líquido refrigerante ingresa a la cámara frontal. El proceso de llenado del sistema finaliza cuando el agua comienza a fluir desde el tubo de drenaje de la cámara anterior.
Usando una válvula de flotador, puede ajustar el nivel óptimo de líquido en la cámara anterior. Después de llenar el sistema con refrigerante, comienza a calentarse en el colector.
El proceso de aumento de temperatura ocurre incluso en tiempo nublado. El refrigerante calentado comienza a subir a la parte superior del tanque de almacenamiento. El proceso de circulación natural ocurre hasta que la temperatura del refrigerante que ingresa al radiador es igual a la temperatura del refrigerante que sale del colector.
Cuando el agua fluye hacia el sistema hidráulico, se activará la válvula de flotador ubicada en la cámara frontal. De esta manera se mantendrá un nivel constante. En este caso, el agua fría que ingresa al sistema estará ubicada en la parte inferior del tanque de almacenamiento. El proceso de mezclar agua fría y caliente prácticamente no ocurre.
Es necesario prever la instalación de válvulas de cierre en el sistema hidráulico, que evitarán la circulación inversa del refrigerante desde el colector al tanque de almacenamiento. Esto ocurre cuando la temperatura ambiente desciende por debajo de la temperatura del refrigerante.
Estas válvulas de cierre se utilizan normalmente por la noche y por la tarde.
El suministro de agua caliente a los puntos de consumo se realiza mediante mezcladores estándar. Es mejor no utilizar grifos simples convencionales. En climas soleados, la temperatura del agua puede alcanzar hasta 80°C; es inconveniente utilizar dicha agua directamente. Por lo tanto, las batidoras ahorrarán significativamente agua caliente.
El rendimiento de un calentador de agua solar de este tipo se puede aumentar añadiendo secciones colectoras adicionales. El diseño permite montar desde dos hasta un número ilimitado de piezas.
Este colector solar para calefacción y suministro de agua caliente se basa en el principio del efecto invernadero y el llamado efecto termosifón. El efecto invernadero se utiliza en el diseño del elemento calefactor.
Los rayos del sol atraviesan libremente el material transparente de la parte superior del colector y se convierten en energía térmica.
La energía térmica acaba en un espacio confinado debido a la estanqueidad de la caja del colector. El efecto termosifón se utiliza en un sistema hidráulico cuando el refrigerante calentado sube, desplazando el refrigerante frío y obligándolo a moverse hacia la zona de calentamiento.
Rendimiento del colector solar
El principal criterio que afecta el rendimiento de los sistemas solares es la intensidad de la radiación solar. La cantidad de radiación solar potencialmente útil que cae sobre un territorio determinado se llama insolación.
La cantidad de insolación en diferentes partes del mundo varía bastante. Existen tablas especiales para determinar los indicadores promedio de este valor. Muestran la insolación solar promedio para una región en particular.
Además de la cantidad de insolación, el rendimiento del sistema se ve afectado por el área y el material del intercambiador de calor. Otro factor que afecta el rendimiento del sistema es el volumen del tanque de almacenamiento. La capacidad óptima del tanque se calcula en función del área de los adsorbentes del colector.
En el caso de un colector plano, esta es el área total de las tuberías que se encuentran en la caja colectora. Este valor, en promedio, equivale a 75 litros de volumen del tanque por m² de área del tubo colector. El tanque de almacenamiento es una especie de acumulador de calor.
Precios de dispositivos de fábrica.
La mayor parte de los costes financieros para la construcción de un sistema de este tipo recae en la fabricación de colectores. Esto no es sorprendente: incluso en los modelos industriales de sistemas solares, alrededor del 60% del coste proviene de este elemento estructural. Los costos financieros dependerán de la elección de un material en particular.
Cabe señalar que un sistema de este tipo no es capaz de calentar la habitación, solo ayudará a ahorrar costos al ayudar a calentar el agua en el sistema de calefacción. Teniendo en cuenta los costes energéticos bastante elevados que se gastan en calentar el agua, un colector solar integrado en el sistema de calefacción reduce significativamente dichos costes.
Para su fabricación se utilizan materiales bastante sencillos y asequibles. Además, este diseño es completamente independiente energéticamente y no requiere mantenimiento técnico. El cuidado del sistema se reduce a una inspección periódica y limpieza del vidrio colector de suciedad.
Se presenta información adicional sobre la organización de la calefacción solar en la casa en Este artículo.
Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.
Proceso de fabricación de un colector solar básico:
Cómo montar y poner en marcha un sistema solar:
Naturalmente, un colector solar de fabricación propia no podrá competir con los modelos industriales. Utilizando los materiales disponibles, es bastante difícil lograr la alta eficiencia que tienen los diseños industriales. Pero los costos financieros serán mucho menores en comparación con la compra de instalaciones ya preparadas.
Sin embargo, sistema de calefacción solar casero aumentará significativamente el nivel de confort y reducirá el coste de la energía generada por fuentes tradicionales.
¿Tiene experiencia en la construcción de un colector solar? ¿O todavía tienes preguntas sobre el material presentado? Por favor comparta información con nuestros lectores. Puedes dejar comentarios en el siguiente formulario.
Todo esto está bien, pero me pregunto cómo se ve esto legalmente en nuestro país. Supongamos que construí todo esto, lo hice, todo funciona, y luego un vecino, a quien una vez no le di cien rublos, ve todo este sistema y comienza: algunas autoridades reguladoras, otras, si no la policía. No fue suficiente para recibir una multa o incluso algo peor. Por lo tanto, sería una buena idea conocer primero el aspecto legal del problema.
Leonid, ¿de qué te pueden condenar? ¿Por el consumo gratuito de calor solar?
Si tan sólo hubiera una persona, habría algo para ella.
¡Hola!
Has planteado una pregunta muy interesante e importante. Hasta el momento en Rusia no existe una sola ley que establezca claramente los derechos y responsabilidades de los propietarios de paneles solares. Las personas jurídicas que utilizan energía solar se refieren a la Ley Federal No. 7 del 10 de enero de 2002 sobre la seguridad ambiental de las empresas de producción y al "Programa estatal para apoyar la investigación científica y la educación ambiental de los ciudadanos". En la Ley Federal no hay una sola palabra sobre las personas físicas como propietarios de equipos.
La práctica jurídica muestra que los propietarios privados de paneles solares se enfrentan al siguiente problema: la batería está instalada en la fachada o en el tejado de un edificio residencial, lo que plantea dudas por parte de la Inspección de Vivienda territorial.En este caso, los funcionarios del gobierno se guían por el hecho de que la batería cambia la apariencia del edificio, y esto no siempre es posible. Por lo tanto, si ha instalado o planea instalar una batería solar en un edificio de gran altura, le recomiendo que obtenga el permiso del departamento de arquitectura de la autoridad territorial. Como regla general, el problema se resuelve de manera positiva y rápida.
Tenga en cuenta también que sólo puede utilizar la energía obtenida de los paneles solares para satisfacer las necesidades de su hogar y negocio. Si va a vender el exceso de electricidad, por ejemplo a un vecino, debe registrarse como participante en el mercado minorista de electricidad y celebrar un acuerdo con el comprador. Esta norma está prescrita en el inciso 64 de la Ley Federal No. 7.
Una advertencia más: si su batería está conectada al sistema de suministro de energía, entonces la conexión debe realizarse "después del medidor", de lo contrario pueden acusarlo de robar recursos energéticos.
Hola. No existen prohibiciones legalmente documentadas sobre la instalación y uso de colectores solares y otros recursos naturales: nieve, aire, viento, lluvia.
Y le das cien rublos a tu vecino y listo, no habrá ningún problema.
No te preocupes. Mañana volverá el vecino. Estás dando 100 rublos, ¿verdad?
Ahorrar energía es imprescindible. Sin embargo, tanto los colectores solares como los paneles solares tienen una serie de limitaciones: sólo son eficaces en regiones con un número suficiente de días soleados. Además, no debemos olvidarnos de la necesidad de pensar y diseñar medios para proteger estas baterías del granizo. Entre otras cosas, también es necesario organizar y realizar adecuadamente su limpieza periódica.
Evgeny, pero no necesariamente estamos hablando de reemplazar completamente toda la calefacción por colectores solares. En la casa de campo, en el pueblo en verano (especialmente donde hay problemas con el suministro de energía), este es un modelo completamente funcional. Especialmente para calentar agua. Si el tanque de almacenamiento está bien aislado, por la mañana habrá agua tibia para lavarse o ducharse. Y ¡gratis!
La conversación sobre el lado legal del tema me recordó una historia divertida sobre una mujer que privatizó el sol y ahora tiene la intención de cobrar por su uso :)) Bromeamos diciendo que queríamos demandarla por daños a la salud por el sobrecalentamiento este verano y por la sequía :)
El Estado no tolerará que la gente consuma energía gratuita, incluida la energía solar.
Puede que te rías, pero si proporcionas energía solar a tu hogar por completo, habrá órganos que lo impedirán.
Hace unos 25 años me sorprendió que en Europa usaran agua a través de un medidor, pero ¿ahora te parece gracioso?
¿Qué tiene que ver el Estado con esto de todos modos? Desde hace casi 30 años, todos los servicios públicos y administrativos funcionan de forma independiente y no son propiedad del Estado. Parece que "es hora de que todos los partisanos salgan del bosque", el sistema ha cambiado hace mucho tiempo.
Las empresas energéticas regionales son responsables del suministro de energía. Los cálculos se realizan a través de Energosbyt. Se trata de sociedades anónimas que pagan impuestos al Estado, pero no obedecen. Por cierto, también pagas impuestos al estado, pero él no decide por ti dónde y cómo trabajarás.
"Hace 25 años me sorprendió que..." Me parece que incluso en ese momento había facturas de servicios públicos, nadie las canceló en ningún caso.Y no necesita pagarle a nadie por la energía solar generada por su planta de energía personal. Bueno, a menos que puedas venderlo. Sólo en este caso se le puede exigir el pago de IMPUESTOS sobre sus ingresos. Nada más.