El aumento en el precio de las fuentes de energía tradicionales alienta a los propietarios privados a buscar opciones alternativas para calentar hogares y calentar agua. De acuerdo, el componente financiero del problema desempeñará un papel importante en la elección de un sistema de calefacción.
Una de las formas más prometedoras de suministro de energía es la conversión de la radiación solar. Para hacer esto, use sistemas solares. Comprender el principio de su dispositivo y el mecanismo de operación, hacer un colector solar para calentar con sus propias manos no será difícil.
Le informaremos sobre las características de diseño de los sistemas solares, ofreceremos un esquema de ensamblaje simple y describiremos los materiales que se pueden utilizar. Las etapas del trabajo van acompañadas de fotografías visuales, el material se complementa con videoclips sobre la creación y puesta en marcha de un coleccionista casero.
Principio de trabajo y características de diseño.
Los sistemas solares modernos son uno de los tipos de fuentes de calor alternativas. Se utilizan como equipo de calefacción auxiliar que procesa la radiación solar en energía útil para los propietarios de viviendas.
Son capaces de proporcionar agua caliente y calefacción en la estación fría solo en las regiones del sur. Y luego, si ocupan un área suficientemente grande y se instalan en áreas abiertas no sombreadas por árboles.
A pesar de la gran cantidad de variedades, funcionan de la misma manera. Cualquier heliosistema 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 en células solares o colectores solares. La tecnología para ensamblar un generador solar en placas fotográficas es algo más complicada que un colector tubular.
En este artículo consideraremos la segunda opción: un sistema solar colector.
Los colectores solares hasta ahora sirven como proveedores de energía auxiliar. Es peligroso cambiar completamente la calefacción de la casa al sistema solar debido a la incapacidad de predecir un número claro de días soleados.
Los colectores son un sistema de tubos conectados en serie con la línea de salida y entrada o dispuestos en forma de bobina. El agua industrial, el flujo de aire o una mezcla de agua con cualquier líquido no congelante circula a través de los tubos.
Los fenómenos físicos estimulan la circulación: evaporación, cambios en la presión y la densidad de la transición de un estado de agregación a otro, etc.
El principio de funcionamiento de los colectores solares se basa en la recepción y acumulación de energía solar comunicada al refrigerante (+)
La captación y acumulación de energía solar se realiza mediante absorbedores. Se trata de una placa metálica sólida con una superficie exterior ennegrecida, o un sistema de placas individuales unidas a los tubos.
Para la fabricación de la parte superior del cuerpo, la cubierta, se utilizan materiales con una alta capacidad para transmitir luz. Puede ser plexiglás, materiales poliméricos similares, tipos templados de vidrio tradicional.
Para excluir las pérdidas de energía de la parte posterior del dispositivo, el aislamiento térmico se coloca en la caja
Debo decir que los materiales poliméricos no toleran la influencia de los rayos ultravioleta. Todos los tipos de plástico tienen un coeficiente de expansión térmica suficientemente alto, lo que a menudo conduce a la despresurización de la carcasa. Por lo tanto, el uso de tales materiales para la fabricación del cuerpo del colector debe ser limitado.
El agua como portador de calor solo puede usarse en sistemas diseñados para suministrar calor adicional en el período otoño / primavera. Si se planea utilizar el sistema solar durante todo el año antes del primer enfriamiento, el agua del proceso se cambia para mezclarlo con anticongelante.
En los sistemas solares aéreos, el aire se utiliza como portador de calor. Los canales para su movimiento se pueden hacer a partir de una hoja perfilada regular (+)
Si el colector solar se instala para calentar un edificio pequeño que no tiene conexión con la calefacción autónoma de la cabaña o con redes centralizadas, se construye un sistema simple de circuito único con un dispositivo de calefacción al comienzo de la misma.
La cadena no incluye bombas de circulación y dispositivos de calefacción. El esquema es extremadamente simple, pero solo puede funcionar en el verano soleado.
Cuando se incluye un colector en una estructura técnica de dos circuitos, todo es mucho más complicado, pero el rango de días adecuado para su uso aumenta significativamente. El colector procesa solo un circuito. La carga predominante se asigna a la unidad de calefacción principal, que funciona con electricidad o cualquier tipo de combustible.
Para la fabricación de un colector solar, puede usar el esquema ya hecho, puede construir su propio modelo piloto y probarlo en la práctica (+)
A pesar de la dependencia directa del rendimiento de los dispositivos solares en la cantidad de días soleados, tienen una gran demanda, y la demanda de dispositivos solares aumenta constantemente. Son populares entre los artesanos que buscan dirigir todo tipo de energía natural a un canal útil.
Clasificación de la temperatura
Hay un número bastante grande de criterios por los cuales estos o aquellos diseños de sistemas solares se clasifican. Sin embargo, para los aparatos que puede hacer con sus propias manos y usar para el suministro de agua caliente y calefacción, lo más racional es la separación por tipo de refrigerante.
Entonces, los sistemas pueden ser líquidos y de aire. El primer tipo es más aplicable.
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Foto de
Paso 1: montaje del colector de tubos corrugados
Paso 2: teñir el panel solar de negro
Paso 3: Instalación de entradas de aire
Paso 4: hacer una cubierta para un dispositivo solar
Además, a menudo se usa una clasificación de acuerdo con la temperatura a la que los nodos de trabajo del colector pueden calentarse:
- Baja temperatura. Opciones que pueden calentar el refrigerante a 50ºС. Se usan para calentar agua en recipientes de riego, en baños y duchas en verano, y para aumentar la comodidad en las noches frescas de primavera y otoño.
- Temperatura media Proporcione una temperatura del refrigerante de 80ºС. Se pueden utilizar para calefacción de espacios. Estas opciones son las más adecuadas para organizar casas privadas.
- Alta temperatura. La temperatura del refrigerante en tales instalaciones puede alcanzar 200-300ºС. Se utilizan a escala industrial, se instalan en talleres de producción de calor, edificios comerciales, etc.
En los sistemas solares de alta temperatura, se utiliza un proceso bastante complejo de transferencia de energía térmica. Además, ocupan un espacio impresionante, que la mayoría de los amantes de la vida en el campo no pueden permitirse.
El proceso de fabricación lleva mucho tiempo, la implementación requiere un equipo especializado. Es casi imposible hacer independientemente una variante del sistema solar.
Es bastante difícil fabricar células solares de alta temperatura en convertidores fotovoltaicos en el hogar
Colector hecho a mano
Hacer un dispositivo solar con sus propias manos es un proceso emocionante que trae muchos beneficios. Gracias a él, es posible aplicar racionalmente la radiación solar libre, para resolver varios problemas económicos importantes.Analizaremos los detalles de la creación de un colector plano que suministre agua caliente al sistema de calefacción.
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El panel de absorción está hecho de policarbonato celular recubierto con pintura negra. Los bordes superior e inferior del panel, es decir los extremos abiertos de los canales de la lámina de policarbonato se insertan en las tuberías de alcantarillado cortadas
Las esquinas necesarias para conectar la tubería están pegadas a los bordes de las tuberías. Idealmente, es mejor soldarlos con una plancha, una máquina de soldadura para tuberías de polímero. Tubo de secciones longitudinales llenas de pistola de pegamento
Los tubos acumuladores hechos de tuberías de alcantarillado están equipados con aislamiento térmico. Antes de esto, el pegamento en las costuras y alrededor de las esquinas se nivela con un soldador o un secador de construcción.
El panel absorbente, junto con los tubos pegados al mismo, se coloca sobre poliestireno u otro aislamiento rígido. La estructura superior está cubierta de policarbonato, doblada a lo largo del borde.
Se compra un perfil de metal de un tamaño adecuado para ensamblar el marco. Al calcular el ancho, se tiene en cuenta el grosor del aislamiento térmico rígido
En los espacios en blanco para ensamblar el marco, corte del perfil de acuerdo con el tamaño del panel de absorción, se cortan agujeros para la salida de los puntos de conexión del colector
Las piezas del marco se ensamblan con tornillos diseñados para funcionar con este perfil.
Para que el colector se dirija en un ángulo óptimo al sol, se construye un soporte de madera o metal
Paso 1: Panel absorbente de un colector solar casero
Paso 2: forma de conectarse al tubo acumulador
Paso 3: aislamiento para tubos de almacenamiento de colector
Paso 4: ensamblar un dispositivo para usar energía solar
Paso 5: Perfil de metal para dispositivo de marco
Paso 6: agujeros para la salida de los puntos de conexión de agua
Paso 7: conectar los elementos del marco del colector solar
Paso 8: hacer un bastidor para el colector solar ensamblado
Materiales de bricolaje
El material más simple y asequible para el autoensamblaje del cuerpo del colector solar es un bloque de madera con una tabla, madera contrachapada, tableros OSB u opciones similares. Alternativamente, se puede utilizar un perfil de acero o aluminio con láminas similares. La caja de metal costará un poco más.
Los materiales deben cumplir con los requisitos para estructuras exteriores. La vida del colector solar varía de 20 a 30 años.
Por lo tanto, los materiales deben tener un cierto conjunto de características operativas que permitan el uso de la estructura durante todo el período.
La opción más barata y más fácil para materiales para la fabricación de la caja es el uso de madera y aglomerados
Si la carcasa está hecha de madera, la durabilidad del material se puede lograr mediante la impregnación con emulsiones de polímero de agua y el recubrimiento con pinturas y barnices.
El principio básico que debe seguirse al diseñar y ensamblar un colector solar es la disponibilidad de materiales en términos de precio y capacidad de compra. Es decir, se pueden encontrar en venta gratuita o se pueden hacer independientemente de los medios improvisados disponibles.
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Tubo rígido de PVC con accesorios en la fabricación.
Receptor de energía solar HDPE flexible
Intercambiador de calor del intercambiador de calor del viejo refrigerador
Tubo de cobre doblado en el colector solar
Uso no trivial de latas de aluminio.
Botellas de plástico en la construcción del colector.
Dispositivo de atracción de vigas hecho de botellas de plástico oscuro.
Receptor de calor de tubo de metal doblado
Matices de aislamiento térmico.
Para evitar la pérdida de energía térmica, el material aislante está montado en la parte inferior de la caja. Puede ser poliestireno o lana mineral.La industria moderna produce una gama bastante extensa de materiales aislantes.
Para aislar la caja, puede usar las opciones de aislamiento de aluminio. Por lo tanto, es posible proporcionar aislamiento térmico y reflejo de la luz solar desde la superficie de la lámina.
Si se usa una placa rígida de espuma de poliestireno o poliestireno expandido como material aislante, se pueden cortar surcos para colocar el sistema de bobina o tubería. Típicamente, el absorbedor del colector se coloca encima del aislamiento y se fija firmemente a la parte inferior del cuerpo de una manera que depende del material utilizado en la fabricación del cuerpo.
El aislamiento térmico sirve para reducir la pérdida de calor a través del fondo de la carcasa. Es irracional producir un dispositivo en una carcasa metálica sin aislamiento térmico (+)
Colector solar disipador de calor
Este es un elemento absorbente. Es un sistema de tuberías en el que se calienta el refrigerante, y las piezas están hechas con mayor frecuencia de chapa de cobre. Los materiales óptimos para la fabricación del disipador de calor se consideran tubos de cobre.
Los artesanos del hogar inventaron una opción más barata: un intercambiador de calor en espiral de tubos de polipropileno.
Una solución económica interesante es absorber un sistema solar de una tubería de polímero flexible. Se utilizan accesorios adecuados para conectarse a los dispositivos de entrada y salida.La selección de medios improvisados para hacer que el intercambiador de calor del colector solar sea lo suficientemente amplio. Puede ser el intercambiador de calor del viejo refrigerador, 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.
Las tuberías de cobre se consideran la opción más óptima para la fabricación de un disipador de calor para un rendimiento térmico y durabilidad.
Sin embargo, una gran diferencia en la conductividad térmica entre las tuberías de cobre y polipropileno no significa en absoluto que un intercambiador de calor con tuberías de cobre produzca cientos de veces grandes volúmenes de agua caliente.
En igualdad de condiciones, el rendimiento de un intercambiador de calor de tubería de cobre será un 20% más eficiente que el rendimiento de las opciones de metal y plástico. Por lo tanto, los intercambiadores de calor hechos de tubos de polímero tienen derecho a la vida. Además, tales opciones costarán mucho menos.
Independientemente del material de las tuberías, todas las juntas, tanto soldadas como roscadas, deben ser herméticas. Las tuberías se pueden colocar paralelas entre sí y en forma de bobina.
El esquema de tipo de bobina reduce el número de conexiones; esto reduce la probabilidad de fugas y proporciona un movimiento más uniforme del flujo de refrigerante.
La parte superior de la caja en la que se encuentra el intercambiador de calor está cerrada con vidrio. Alternativamente, puede utilizar materiales modernos, como el análogo acrílico o el policarbonato monolítico. El material translúcido puede no ser liso, sino corrugado o mate.
En la versión clásica, la caja con el colector está cerrada con vidrio templado, plexiglás, policarbonato o material similar. Los artesanos se adaptaron para usar polietileno en lugar de vidrio
Este tratamiento reduce la reflectividad del material. Además, este material debe soportar una tensión mecánica significativa.
En los diseños industriales de tales sistemas solares, se utiliza vidrio solar especial. Tal vidrio se caracteriza por un bajo contenido de hierro, que proporciona menos pérdida de calor.
Tanque de almacenamiento o tanque de avance
Como tanque de almacenamiento, puede usar cualquier capacidad con un volumen de 20 a 40 litros.Una serie de tanques algo más pequeños, conectados por tuberías en una cadena en serie, servirá. Se recomienda aislar el tanque de almacenamiento, ya que El agua calentada al sol en un tanque 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 de ella debe ser consumida durante el período de recepción. El tanque de almacenamiento sirve más bien como un distribuidor de agua caliente y una cámara de zanja, que mantiene la estabilidad de la presión en el sistema.
El tanque de almacenamiento en sistemas solares funciona como un distribuidor de agua y un depósito que mantiene la presión (+)
Pasos de montaje solar
Después de la fabricación del colector y la preparación de todos los elementos estructurales constituyentes del sistema, puede proceder a la instalación directa.
Una de las opciones para instalar una bobina de tuberías de polipropileno con accesorios y tees ayudará a ensamblar rápidamente el colector solar (+)
El trabajo comienza con la instalación de una cámara de avance, que, por regla general, se coloca en el punto más alto posible: en el ático, la torre separada, el paso elevado, etc.
Durante la instalación, debe tenerse en cuenta que después de llenar el sistema con líquido refrigerante, esta parte de la estructura tendrá un peso impresionante. Por lo tanto, debe verificar la confiabilidad de la superposición o fortalecerla.
Después de instalar el tanque, proceda a instalar el colector. Este elemento estructural del sistema está ubicado en el lado sur. El ángulo de inclinación relativo al horizonte debe ser de 35 a 45 grados.
Después de instalar todos los elementos, se atan con tuberías y se conectan a un solo sistema hidráulico. La estanqueidad del sistema hidráulico es un criterio importante del que depende la operación efectiva del colector solar.
De acuerdo con el esquema de ensamblaje del sistema solar para suministrar agua a una ducha al aire libre, puede construir una estructura para calentar agua para riego o crear condiciones cómodas en las noches frescas (+)
Para conectar los elementos estructurales en un solo sistema hidráulico, se utilizan tuberías con un diámetro de pulgada y media pulgada. Se usa un diámetro más pequeño para disponer la parte de presión del sistema.
Bajo la parte de presión del sistema se entiende la entrada de agua en la cámara y la extracción del refrigerante calentado en el sistema de calefacción y el suministro de agua caliente. El resto se monta con tubos de mayor diámetro.
Para evitar la pérdida de energía térmica, las tuberías deben aislarse cuidadosamente. Para este propósito, puede usar versiones de poliestireno, lana de basalto o papel de aluminio de materiales aislantes modernos. El tanque de almacenamiento y la cámara de avance también están sujetos al procedimiento de calentamiento.
La opción más simple y asequible para el aislamiento térmico del tanque de almacenamiento es la construcción de una caja alrededor de madera contrachapada o tableros. El espacio entre la caja y el contenedor debe llenarse con material aislante. Esto puede ser escoria, una mezcla de paja con arcilla, aserrín seco, etc.
El helisistema se instala de modo que los colectores solares se encuentren en el lado más iluminado de la casa o parcela (+)
Prueba antes de la puesta en servicio
Después de instalar todos los elementos del sistema y calentar algunas de las estructuras, puede comenzar a llenar el sistema con líquido refrigerante. El llenado inicial del sistema debe hacerse a través de la boquilla ubicada en la parte inferior del colector.
Es decir, el relleno se realiza de abajo hacia arriba. Gracias a tales acciones, se puede evitar la probable formación de atascos de aire.
El agua u otro líquido refrigerante ingresa a la cámara. El proceso de llenado del sistema finaliza cuando el agua comienza a salir del tubo de drenaje de la cámara.
Con la válvula de flotación, puede ajustar el nivel óptimo de líquido en la cámara delantera.Después de llenar el sistema con refrigerante, comienza a calentarse en el colector.
El proceso de aumento de la temperatura se produce incluso en climas nublados. 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 se alinea con la temperatura del portador que sale del colector.
Con el flujo de agua en el sistema hidráulico, se disparará la válvula de flotador ubicada en la cámara delantera. Por lo tanto, se mantendrá un nivel constante. En este caso, el agua fría que ingresa al sistema se ubicará en la parte inferior del tanque de almacenamiento. El proceso de mezclar agua fría y caliente prácticamente no ocurre.
En el sistema hidráulico, es necesario prever la instalación de válvulas de cierre, lo que evitará la circulación inversa del refrigerante desde el colector al variador. Esto ocurre cuando la temperatura ambiente cae por debajo de la temperatura del refrigerante.
Tales válvulas se usan generalmente por la noche y por la noche.
La conexión a los lugares de consumo de agua caliente se realiza mediante mezcladores estándar. Los grifos simples convencionales se evitan mejor. En climas soleados, la temperatura del agua puede alcanzar los 80 ° C; usar ese agua directamente es inconveniente. Por lo tanto, los grifos ahorrarán significativamente agua caliente.
El rendimiento de dicho calentador solar de agua se puede aumentar agregando secciones de colector adicionales. El diseño le permite montar desde dos hasta un número ilimitado de piezas.
El rendimiento del sistema solar aumenta al instalar más colectores solares
La base de dicho colector solar para calefacción y suministro de agua caliente es 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 pasan libremente a través del material transparente de la parte superior del colector y se convierten en energía térmica.
La energía térmica está en un espacio confinado debido a la estanqueidad de la sección del conducto del colector. El efecto de termosifón se usa en el sistema hidráulico cuando el refrigerante calentado se eleva, mientras se desplaza el refrigerante y se obliga a pasar a la zona de calentamiento.
Debido al efecto del termosifón, se produce una circulación natural estable y continua del refrigerante en el sistema
Rendimiento del colector solar
El criterio principal que afecta el rendimiento de los sistemas solares es la intensidad de la radiación solar. La cantidad de incidente de radiación solar potencialmente útil en un área específica se llama insolación.
El valor de la insolación en diferentes puntos del mundo varía en un rango bastante amplio. Para determinar los indicadores promedio de este valor, hay tablas especiales. Muestran el valor promedio de la insolación solar para una región en particular.
Los datos sobre insolación solar en una región particular se pueden obtener de mapas y tablas especiales (+)
Además del valor de insolación, el área y el material del intercambiador de calor también afectan el rendimiento del sistema. Otro factor que afecta el rendimiento del sistema es la capacidad del tanque de almacenamiento. La capacidad óptima del tanque se calcula en función del área de los adsorbedores del colector.
En el caso de un colector plano, esta es el área total de las tuberías que se encuentran en la caja del colector. Este valor promedio es de 75 litros de volumen del tanque por m² m² de área de tubo colector. La capacidad de almacenamiento es un tipo de batería térmica.
Precios de fábrica
La mayor parte del costo financiero de construir un sistema de este tipo está en la fabricación de coleccionistas. Esto no es sorprendente, incluso en los diseños industriales de sistemas solares, alrededor del 60% del costo recae en este elemento estructural. Los costos financieros dependerán de la elección de un material.
Cabe señalar que dicho sistema no puede calentar la habitación, solo ayudará a ahorrar costos, ayudando a calentar el agua en el sistema de calefacción. Dados los altos costos de energía que se gastan en calentar el agua, un colector solar integrado en el sistema de calefacción reduce significativamente dichos costos.
El colector solar se integra simplemente en el sistema de calefacción y suministro de agua caliente (+)
Para su fabricación, se utilizan materiales bastante simples y asequibles. Además, dicho diseño es completamente no volátil y no requiere mantenimiento técnico. El mantenimiento del sistema se reduce a la inspección periódica y la limpieza del vidrio colector de la contaminación.
En este artículo se presenta información adicional sobre la organización de la calefacción solar en la casa.
El proceso de fabricación de un colector solar elemental:
Cómo ensamblar y poner en servicio el sistema solar:
Naturalmente, un colector solar hecho a sí mismo no podrá competir con modelos industriales. Usando materiales improvisados, 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 plantas listas para usar.
Sin embargo, un sistema de calefacción solar hecho en casa aumentará significativamente el nivel de confort y reducirá el costo de la energía que generan las fuentes tradicionales.
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