Las razones de la popularidad de las fuentes de energía alternativas son bastante comprensibles: existe la oportunidad de ahorrar combustible y realizar los sueños de sistemas de soporte de vida amigables 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 y analizaremos con usted qué tan rentable es. Con el fin de resaltar 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.
Teniendo en cuenta nuestras recomendaciones, puedes construir un heliosistema eficaz para una casa de verano o una casa de campo. Para facilitar la percepción de material difícil, complementamos la información con diagramas ilustrativos, ilustraciones y video tutoriales.
Contenido del artículo:
- Maneras de energía solar
- Pros y contras de un sistema de calefacción alternativo
-
Energía solar para calefacción
- El principio de funcionamiento de los paneles con células fotovoltaicas.
- Eficiencia de la fotocélula
- Diagrama de instalación de la planta de energía doméstica
-
Sistema de calefacción del colector
- Opción plana para producción independiente.
- Colectores de tubos - la solución para las regiones del norte
- Método de rendimiento
- Conclusiones y video útil sobre el tema.
Maneras de energía solar
Métodos de aplicación energías del cuerpo celestial No pertenezcan a tecnologías innovadoras, el calor solar se utiliza desde hace mucho tiempo y con gran 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 áreas del norte son deficientes en radiación natural, por lo que se utiliza como una opción adicional o de respaldo.
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Los paneles solares son una de las formas de obtener energía casi gratis emitida por un cuerpo celeste
El dispositivo de una estación de energía solar autónoma es conveniente en regiones con un gran número de días soleados, que no están relacionados con la temperatura media anual.
El sistema solar autónomo se encuentra principalmente en los techos de edificios de baja altura y en áreas libres de árboles.
En el período de heladas, los sistemas solares suministran energía para calentar aire, vapor o agua, y en verano proporcionan agua caliente.
Las plantas de energía solar son verdes, respetuosas con el medio ambiente y capaces de renovar continuamente tipos de generación de energía.
Hasta ahora, la eficiencia de las plantas de energía solar depende demasiado de la cantidad de días soleados. Es rentable solo en latitudes del sur. En el carril central y en el norte solo puede servir como fuente de respaldo
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 los circuitos de calefacción.
Los sistemas solares, incluso utilizados como una fuente de energía de respaldo, producen un efecto económico bastante alto, reduciendo la carga de las principales opciones para la producción de energía.
Uso pasivo de la energía solar.
Opción de instalación de panel solar
La ubicación óptima de un sistema solar privado.
La ubicación del panel solar a lo largo de los aleros.
Heliosistema en una suave pendiente del techo.
Estación de energía solar como fuente de respaldo
Operación de baterías en las regiones del sur de los países de la CEI.
Los beneficios reales de los sistemas solares en el sector privado.
Los intermediarios entre los rayos solares y el mecanismo de generación de energía son las células solares o los colectores, que difieren en su propósito y diseño.
Las baterías acumulan energía solar y permiten que se utilice para alimentar los electrodomésticos. Son paneles con fotocélulas en un lado y un mecanismo de bloqueo en el otro. Puede experimentar y ensamblar la batería usted mismo, pero es más fácil comprar elementos listos para usar, la elección es bastante amplia.
Los sistemas solares (colectores solares) son parte del sistema de calefacción en el hogar. Los grandes conductos que transportan el calor, como las baterías, se montan en protectores elevados que miran hacia el sol o las pendientes del techo.
Asumir que absolutamente todas las regiones del norte reciben mucho menos calor natural que las del sur, erróneamente. 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: giran después del movimiento del sol. El proceso de conversión de energía ocurre en los tubos ubicados dentro de las cajas.
La principal diferencia entre los sistemas solares y los paneles solares es que el primero calienta el refrigerante y el segundo acumula electricidad. Es posible calentar la habitación con células fotovoltaicas, pero los circuitos del dispositivo son irracionales y adecuados solo para aquellas áreas donde hay al menos 200 días de sol al año.
Diagrama de un sistema de calefacción con un colector solar conectado a una caldera y una fuente de electricidad de repuesto (por ejemplo, una caldera de gas) que funciona con combustible tradicional (+)
Pros y contras de un sistema de calefacción alternativo
Las ventajas de un sistema de calefacción solar no son muchas, pero cada una de ellas es pesada y puede ser una razón para experimentos privados:
- Ventajas ecológicas. Es seguro para los residentes de la casa y la naturaleza circundante, una fuente de calor limpia que no requiere el uso de combustibles tradicionales.
- Autonomía. Los propietarios del sistema son completamente independientes de los precios de la energía y de la situación económica del país.
- La eficiencia Mientras se mantiene el sistema de calefacción tradicional, es posible reducir el costo de pagar por el agua caliente.
- Accesibilidad. 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, determinar la efectividad del sistema requerirá 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 silicona más baratos costarán al menos 2,200 rublos. cada uno, y elementos de seis diodos policristalinos de la primera categoría, hasta 17000 cada uno. Calcular el costo de 30 módulos es bastante simple (+)
Los usuarios tienen las siguientes desventajas:
- los altos precios de los equipos necesarios para poner en marcha el sistema;
- dependencia directa de la cantidad de calor producido en la ubicación geográfica y el clima;
- la disponibilidad 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, debe controlar regularmente la salud de los recolectores, limpiarlos de los escombros y protegerlos de las heladas. Si la temperatura a menudo cae por debajo de 0 ° C, debe cuidar el aislamiento térmico adicional no solo de los elementos del sistema solar, sino también de la casa en general.
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Los paneles solares con una capacidad de 120 vatios durante todo el año proporcionan energía a las líneas de iluminación y electrodomésticos de la casa de campo.
La planta de energía solar de baja potencia está formada directamente por la batería solar, el dispositivo de batería y el controlador de carga
Los consumidores de energía de la batería solar en el país son las lámparas de ahorro de energía, herramientas eléctricas, radio, TV.
Cuando se utiliza en un circuito solar con una capacidad de aproximadamente 650 W, el bloque del equipo dentro de la casa debe complementarse con un inversor de 1 kW
Paneles solares en el techo de una casa de campo.
Montaje de baterías de dacha heliosistema.
Equipo de energía solar para exteriores
Dispositivos técnicos ubicados dentro de la casa.
Energía solar para calefacción
El objetivo principal de las células fotovoltaicas que acumulan energía es proporcionar electricidad a la casa. Incluirlos en el esquema. dispositivos de sistema de calefacción y para lograr un funcionamiento óptimo, es necesario ensamblar una cadena con un tanque de almacenamiento.
Es en ella que se calentará el agua, que, al alcanzar una cierta temperatura, llenará las tuberías y los radiadores de las habitaciones que requieren calefacción (sala de estar, baño).
Sistema de energía solar con un tanque de doble circuito que organiza el suministro de calefacción y agua caliente en dos direcciones: para calentar los radiadores y los puntos de análisis (+)
Intentemos distinguir las características de diseño de las células solares y determinar su posible papel en el sistema de calefacción.
El principio de funcionamiento de los paneles con células fotovoltaicas.
Hay tres tipos comunes de elementos para dispositivos solares:
- Monocristalino. Estas son placas delgadas 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 para el funcionamiento es de 5º a 25º.
- Policristalino. Hecho de obleas obtenidas por enfriamiento gradual de la silicona fundida. Sus tecnologías de producción requieren menos mano de obra, pero la eficiencia de las células fotovoltaicas policristalinas es significativamente menor, no más del 12%.
- Amorfo Son peliculas Hecho por el método de la fase de evaporación, como resultado de lo cual el silicio en forma de una película delgada se deposita sobre una base de polímero flexible. El método de producción más barato se combina con nuestra baja productividad, estimada en hasta un 7%.
Para la instalación de sistemas de calefacción autónomos en las regiones del norte, la opción más adecuada se considera baterías fotovoltaicasRecogida a partir de elementos monocristalinos. Sin embargo, las baterías con módulos amorfos son más fáciles de instalar, prácticamente sin bases y mucho más baratas.
El módulo monocristalino consiste en 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 fluye más y se concentra en el acumulador. Un elemento pequeño proporciona aproximadamente 100-250 W, y un panel prefabricado de 25-30 m² proporciona electricidad para una casa pequeña. Para la instalación del sistema de calefacción se requerirá energía por 2-3 veces más.
El inversor actúa como un convertidor de la corriente continua de la "producción" solar en electricidad, ya que la corriente alterna es necesaria para el funcionamiento de los electrodomésticos y las luminarias.
Si hablamos específicamente sobre el sistema de calefacción, la caldera eléctrica para calentar agua también funciona con corriente alterna. Para proporcionar luz para el hogar por la noche, se necesitarán baterías para mantener el suministro diario.
Los módulos inversores se instalan en un lugar conveniente para el mantenimiento, aunque no necesita control constante y funciona en modo automático (+)
Eficiencia de la fotocélula
La forma más fácil de comprar. colectores solares Y aplicar uno de los esquemas sencillos, probados a lo largo de los años. Sin embargo, las circunstancias a veces dictan sus términos. Supongamos que tiene un excelente sistema de trabajo con un generador solar, pero por ahora sirve para suministrar electricidad y proporcionar agua caliente a la casa.
Está claro que la compra de nuevos equipos no es rentable, por lo que es más fácil aumentar la potencia comprando una cierta cantidad de células fotovoltaicas. La opción de presupuesto - paneles de silicona con una capacidad de hasta 23-25%.
Es necesario conectar el dispositivo de calefacción que funciona con electricidad a una fuente de corriente. Versión universal - caldera, equipada con cableado de distribución.
Los elementos de película polimérica en el mercado ruso son mucho menos comunes que los análogos mono y policristalinos de silicio. Son convenientes para la instalación, pero tienen poca eficiencia: solo el 6%
Si el suministro de electricidad está bien organizado, debería ser suficiente tanto para el suministro de agua caliente como para la calefacción. Hay ejemplos cuando la casa está completamente provista de calor: puede reconocerse en el techo, casi completamente cubierta con paneles.
A veces se requiere la construcción de estructuras separadas especiales, si el área del techo no es suficiente. Resulta que se necesita un área libre adicional para aumentar la potencia.
Incluso los cálculos más cuidadosos no lo ayudarán a determinar la cantidad exacta de energía potencial y crear rápidamente un sistema eficiente y optimizado. El hecho es que en la práctica hay obstáculos, cuya apariencia es difícil de predecir.
Estos son algunos de los factores:
- La volatilidad del clima. Un número claro de días soleados es desconocido incluso en las áreas del sur. Es casi imposible predecir de manera confiable su número en las regiones del norte.
- Irregularidad en la obtención de electricidad. Por ejemplo, en las regiones del norte, en invierno, un día de poca luz, por lo que se gasta mucha energía solar reciclada en iluminación. Además, la intensidad de la radiación solar en el período de invierno se reduce significativamente.
- Desgloses periódicos. Como todos los sistemas técnicos, los paneles solares pueden descomponerse de vez en cuando debido al daño de elementos individuales, juntas contractuales, superficies de protección, etc.
Por lo tanto, puede aprender sobre la eficiencia solo después de un cierto período de tiempo, al menos en un año. Puede ser necesario aumentar el número de fotocélulas o baterías, considerar un aislamiento adicional de la casa, reducir el área calentada. Supongamos que en las regiones del norte de Alemania, para salvar habitaciones, a menudo no se calientan.
El mantenimiento de las fotocélulas instaladas no requiere habilidades especiales y consiste en una limpieza regular: limpieza de nieve en invierno y escombros durante el período cálido, lavado de la superficie de vidrio con agua de una manguera
Diagrama de instalación de la planta de energía doméstica
Forma más fácil instalación de generador solar - ponerse en contacto con una empresa que vende componentes del sistema y ofrece servicios para su instalación. Pros: un proyecto profesional con características individuales, una garantía para todos los productos e instalaciones, menos el alto costo.
Si tiene la experiencia pertinente, puede montar de forma independiente una minicentrada con paneles solares para calentar una casa privada.
El más efectivo se considera un esquema híbrido de un sistema aire-solar, en el que Las fotocélulas se utilizan para la energía, los colectores para calentar el agua y, además, se instalan. generador de viento Puede ser reemplazado con una fuente de combustible de respaldo (+)
Todas las piezas para el montaje del sistema de calefacción se venden en tiendas especializadas.
Debes comprar los siguientes componentes:
- un conjunto de módulos solares de silicona o película;
- batería de almacenamiento de energía;
- controlador de carga, que regula el proceso de carga y descarga de la batería;
- inversor que convierte DC a AC;
- Conjunto de cables de conexión.
Es deseable que las baterías sean iguales (teniendo en cuenta la marca, la capacidad e incluso la fiesta) y tengan la oportunidad de almacenar energía durante 3-4 días. La duración de su trabajo depende de la temperatura de la habitación; en condiciones de frío, se descargan rápidamente. Si el consumo diario es de 2400 Wh, las baterías necesitan una capacidad total de al menos 1000 Ah.
Cuando use baterías de automóvil, recuerde que su eficiencia máxima es del 70-75% ( servicios - 3 años), los dispositivos especiales para sistemas solares tienen el mejor rendimiento - hasta un 85% (vida útil - 10 años). Se pierde algo de energía durante el almacenamiento y la conversión.
La calidad de la corriente generada por sinusoidal. Inversores para sistemas solares., por encima de la corriente de la red centralizada. La 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 el funcionamiento de los aparatos eléctricos domésticos.
Inversores de potencia: de 250 W a 6000 W y superiores. Puede aumentar la potencia de salida vaciando la conexión paralela de varios dispositivos. Por ejemplo, 3 x 3000 W = 9000 W (+)
Después de la instalación de 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 del colector
La mayor eficiencia e impacto se puede lograr instalando colectores en lugar de módulos solares, instalaciones al aire libre en las que el agua se calienta por radiación solar. Dicho sistema es más lógico y natural, ya que no requiere calentar el refrigerante con otros dispositivos.
Considerar el diseño y el principio de funcionamiento de los dispositivos de dos tipos principales: plano y tubular.
Opción plana para producción independiente.
El diseño de instalaciones planas es tan simple que los artesanos experimentados ensamblan los análogos de la artesanía. hágalo usted mismo, compre algunas de las partes en una tienda especializada y construya algunas de las material
En el interior de la placa aislante de acero o aluminio, se fijaba el calor de absorción del sol. Más a menudo se cubre con una capa de cromo negro. En la parte superior del absorbedor de calor está protegido por una cubierta transparente sellada.
El agua se calienta en tubos tendidos con una serpiente y conectados a la placa. El agua o el anticongelante entran en el interior del conducto a través de la entrada, se calientan en las tuberías y se mueven hacia la salida, hacia la salida.
La transmisión de luz de la tapa se explica mediante el uso de un material transparente: vidrio o plástico templado resistente (por ejemplo, policarbonato). Para evitar que los rayos del sol se reflejen, la superficie de vidrio o plástico está mate (+)
Hay dos tipos de conexión, un tubo y dos tubos, no hay una diferencia fundamental en la elección. Pero hay una gran diferencia en la forma en que se suministrará el refrigerante a los colectores: flujo por gravedad o por medio de una bomba. Se reconoce que la primera opción es ineficaz debido a la poca velocidad del movimiento del agua; de acuerdo con el principio de calentamiento, se asemeja a un contenedor para una ducha de verano.
El funcionamiento de la segunda opción se debe a la conexión de la bomba de circulación, que suministra el refrigerante en vigor. La fuente de energía para la operación de equipos de bombeo puede ser una red de energía solar.
La temperatura del refrigerante cuando es calentado por un colector solar alcanza 45-60 ºС, el indicador máximo en la salida es de 35-40 ºС. Para mejorar la eficiencia del sistema de calefacción, junto con los radiadores, use "pisos cálidos" (+)
Colectores de tubos - la 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 el portador de calor están dentro de los matraces de vidrio. Los tubos en sí mismos son de plumas, soldados por un lado y parecen plumas, y coaxiales (vacío), se insertan uno en el otro y se sellan en ambos lados.
Los intercambiadores de calor también son diferentes:
- Sistema de conversión de energía solar en calor Heat-pipe;
- Tubo convencional para mover el refrigerante tipo U.
El segundo tipo de intercambiadores de calor es reconocido como más eficiente, pero no lo suficientemente popular debido al costo de las reparaciones: cuando falla un tubo, se debe reemplazar toda la sección.
El tubo de la tubería de calor no es parte de todo el segmento, por lo que puede cambiarlo en 2-3 minutos. Los elementos coaxiales fallidos se reparan simplemente quitando la tapa y reemplazando el canal dañado.
Un esquema que explica la naturaleza cíclica del proceso de calentamiento dentro de los tubos de vacío: líquido frío bajo La exposición al calor solar se calienta y se evapora, dando paso a la siguiente porción de frío. portador de calor (+)
Después de analizar las características técnicas de los colectores de diferentes tipos y resumir la experiencia de su uso, decidimos que los colectores planos son más adecuados para las regiones del sur y tubulares para las regiones del norte. Especialmente bien establecido en una instalación de clima severo con el sistema Heat-pipe. Tienen una capacidad de calefacción incluso en días nublados y por la noche, "alimentándose" de una cantidad mínima de luz solar.
Una muestra del esquema estándar de conexión de los colectores solares al equipo de la caldera: la estación de bombeo circula agua, el controlador controla el proceso de calentamiento.
Método de rendimiento
Por lo general, después de haber experimentado con un pequeño número de módulos solares, los propietarios de casas privadas van más allá y mejoran el sistema de varias maneras.
La forma más fácil es aumentar la cantidad de módulos involucrados, respectivamente, para atraer espacio adicional para su ubicación y comprar equipos relacionados más potentes.
¿Qué hacer si hay escasez de espacio libre? Aquí hay algunas pautas para aumentar la eficiencia de una estación solar (con células fotovoltaicas o colectores):
- Cambiar la orientación de los módulos. Elementos móviles en relación con 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 utilizar las superficies orientadas hacia el este y el oeste.
- Ajuste del ángulo de inclinación. El fabricante generalmente indica qué ángulo es el más preferible (por ejemplo, 45º), pero a veces durante la instalación uno tiene que hacer sus propios ajustes teniendo en cuenta la latitud geográfica.
- La elección correcta de la ubicación de instalación. El techo se ajusta porque la mayoría de las veces es el plano más alto y no está oculto por otros objetos (por ejemplo, árboles de jardín). Pero hay áreas aún más adecuadas: dispositivos de giro para rastrear el sol.
Cuando los elementos son perpendiculares a los rayos del sol, el sistema funciona de manera más eficiente, sin embargo en una superficie fija estable (por ejemplo, un techo) esto es posible solo por un período corto de tiempo Para aumentarla, inventaron prácticos dispositivos de seguimiento.
Los mecanismos de seguimiento son plataformas dinámicas que giran en su estela siguiendo el sol. Gracias a ellos, el rendimiento del generador aumenta en verano en un 35-40%, en invierno, en un 10-12%.
Una gran desventaja de los dispositivos de rastreo es su alto costo. En algunos casos, no da frutos, por lo que no tiene sentido invertir en mecanismos inútiles.
Se estima que 8 paneles es la cantidad mínima a la que los costos se justificarán a lo largo del tiempo. Puede utilizar 3-4 módulos, pero bajo una condición: si están directamente, sin pasar por las baterías, están conectados a una bomba de agua.
Justo el otro día, Tesla Motors anunció la creación de un nuevo tipo de techo, con paneles solares. Ilon Mask dijo que un techo modificado sería más barato que un techo regular con cabeceras o módulos instalados en él.
Conclusiones y video útil sobre el tema.
Los videos temáticos le ayudarán a presentar mejor el dispositivo de las estaciones solares domésticas y revelar algunos secretos de la instalación de equipos.
Video # 1. Información técnica disponible sobre baterías solares y controladores de carga:
Video # 2. Experiencia útil de usar paneles solares en la región de Moscú:
Video # 3. Un ejemplo de una estación solar que opera con éxito, completamente ensamblada por su cuenta, que proporciona tanto suministro de agua caliente como calefacción doméstica:
Como puede ver, el sistema de calefacción por energía solar es un fenómeno muy real que puede llevar a cabo de manera independiente. La esfera de formas alternativas de obtener energía está en constante evolución, quizás mañana oiga sobre un nuevo descubrimiento.
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