Mètodes de calefacció solar d'una casa particular

El principi de funcionament d'una planta d'energia solar a casa

Una central solar és un sistema format per panells, un inversor, una bateria i un controlador. El panell solar transforma l'energia radiant en electricitat (com s'ha esmentat anteriorment). El corrent continu entra al controlador, que distribueix el corrent als consumidors (per exemple, un ordinador o il·luminació).Un inversor converteix el corrent continu en corrent altern i alimenta la majoria dels electrodomèstics. La bateria emmagatzema energia que es pot utilitzar a la nit.

Descripció del vídeo

Un bon exemple de càlculs que mostren quants panells es necessiten per proporcionar una font d'alimentació autònoma, mireu aquest vídeo:

Com s'utilitza l'energia solar per generar calor

Els sistemes solars s'utilitzen per a la calefacció d'aigua i la calefacció de la llar. Poden proporcionar calefacció (a petició del propietari) fins i tot quan s'acabi la temporada de calefacció, i proporcionar aigua calenta a la casa de forma gratuïta. El dispositiu més senzill són els panells metàl·lics que s'instal·len al terrat de la casa. Acumulen energia i aigua tèbia, que circula per les canonades que s'amaguen sota d'ells. El funcionament de tots els sistemes solars es basa en aquest principi, malgrat que poden ser estructuralment diferents entre si.

Els col·lectors solars estan formats per:

• dipòsit d'emmagatzematge;
• estació de bombeig;
• controlador
• canonades;
• accessoris.

Segons el tipus de construcció, es distingeixen col·lectors plans i de buit. En el primer, el fons està cobert amb material aïllant de la calor i el líquid circula per canonades de vidre. Els col·lectors de buit són molt eficients perquè les pèrdues de calor es mantenen al mínim. Aquest tipus de col·lector no només proporciona calefacció solar d'una casa privada, sinó que és convenient utilitzar-lo per a sistemes d'aigua calenta i piscines de calefacció.

Principi de funcionament del col·lector solar

Fabricants populars de plaques solars

Molt sovint, els productes de Yingli Green Energy i Suntech Power Co. es troben als prestatges.Els panells HiminSolar (Xina) també són populars. Els seus panells solars produeixen electricitat fins i tot en temps de pluja.

La producció de bateries solars també ha estat establerta per un fabricant nacional. Les empreses següents ho fan:

• Hevel LLC a Novocheboksarsk;
• "Telecom-STV" a Zelenograd;
• Sun Shines (Autonomous Lighting Systems LLC) a Moscou;
• JSC "Planta de Ryazan de dispositius de metall-ceràmica";
• CJSC "Termotron-zavod" i altres.

Sempre podeu trobar una opció adequada pel preu. Per exemple, a Moscou per als panells solars per a una casa, el cost variarà entre 21.000 i 2.000.000 de rubles. El cost depèn de la configuració i la potència dels dispositius.

Els panells solars no sempre són plans: hi ha diversos models que concentren la llum en un punt

Passos d'instal·lació de la bateria

1. Per instal·lar els panells, s'escull el lloc més il·luminat: la majoria de vegades són els sostres i les parets dels edificis. Per tal que el dispositiu funcioni de la manera més eficient possible, els panells es munten en un determinat angle respecte a l'horitzó. També es té en compte el nivell de foscor del territori: objectes circumdants que poden crear ombra (edificis, arbres, etc.)
2. Els panells s'instal·len mitjançant sistemes de fixació especials.
3. A continuació, els mòduls es connecten a la bateria, el controlador i l'inversor, i tot el sistema s'ajusta.

Per a la instal·lació del sistema, sempre es desenvolupa un projecte personal, que té en compte totes les característiques de la situació: com s'instal·laran les plaques solars al terrat de la casa, preu i condicions. Segons el tipus i l'abast de l'obra, tots els projectes es calculen individualment. El client accepta l'obra i en rep una garantia.

La instal·lació de plaques solars ha de ser realitzada per professionals i complint les mesures de seguretat.

Com a resultat - les perspectives per al desenvolupament de tecnologies solars

Si a la Terra el funcionament més eficient dels panells solars es veu obstaculitzat per l'aire, que fins a cert punt dispersa la radiació del Sol, aleshores a l'espai no hi ha aquest problema. Els científics estan desenvolupant projectes per a satèl·lits gegants en òrbita amb panells solars que funcionaran les 24 hores del dia. A partir d'ells, l'energia es transmetrà als dispositius receptors de terra. Però això és una qüestió de futur, i per a les bateries existents, els esforços es dirigeixen a millorar l'eficiència energètica i reduir la mida dels dispositius.

3 Tipus principals

Les grans instal·lacions són capaços de subministrar electricitat a tota la casa i, si cal, escalfar-la completament. Però això només s'aplica a petites cases de camp privades, no podran escalfar edificis de diversos pisos.

Pel que fa a l'equipament, pot variar segons el model. Com a regla general, el conjunt bàsic inclou:

• col·lector solar al buit;
• un controlador especial que controla l'eficiència del treball;
• una bomba amb la qual es subministra el refrigerant;
• un dipòsit amb un volum de 500-1000 litres per a aigua calenta;
• escalfador elèctric o bomba de calor.

Abans d'instal·lar col·lectors, cal calcular quanta potència necessiten per satisfer plenament totes les necessitats. A l'hora de calcular, val la pena tenir en compte l'àrea d'una casa privada, el nombre de persones que viuen, així com el consum d'energia. Per exemple, per a una família petita de tres persones, de mitjana, es requeriran de 200 a 500 W/m² al mes.

Si teniu previst proporcionar aigua calenta a una casa, els costos energètics augmentaran.Per a l'eficiència, podeu fer una versió combinada del sistema de calefacció. En aquest cas, les llars estaran assegurades i no es quedaran sense calefacció en situacions d'emergència i imprevistos.

Calefacció de bricolatge en una casa particular: la millor opció

En l'esquema de calefacció de vapor d'una casa residencial d'un o dos pisos, hi ha una caldera de calefacció, radiadors i un circuit tancat de canonades per on circula un líquid escalfat a una determinada temperatura (anticongelant, aigua). Per a un edifici d'un pis, és adequat el sistema de gravetat més senzill, el principi de funcionament del qual es basa en les lleis de la física.

En ell, el refrigerant circula per gravetat a causa de la pressió hidràulica obtinguda per la combinació:

• canonades de diversos diàmetres;
• inclusió en el circuit d'un dipòsit d'expansió de tipus tancat (expansomat) o obert;
• diferència d'alçada entre les canonades de retorn (retorn) i directes (de subministrament).

Per a cases d'una gran superfície de qualsevol nombre de pisos (1-2 pisos), es tria un esquema de calefacció amb circulació forçada:

• bomba;
• dipòsit d'expansió de qualsevol tipus, instal·lat prop d'una caldera de combustible sòlid (tipus de membrana) o a la part superior del circuit de calefacció (obert).

Sistema de calefacció del col·lector

La màxima eficiència i retorn es pot aconseguir instal·lant col·lectors en comptes de mòduls solars, instal·lacions exteriors en què l'aigua s'escalfa sota l'acció de la radiació solar. Aquest sistema és més lògic i natural, ja que no requereix l'escalfament del refrigerant per part d'altres dispositius.

Considereu el disseny i el principi de funcionament dels dispositius de dos tipus principals: plans i tubulars.

Versió plana per al bricolatge

El disseny d'instal·lacions planes és tan senzill que els artesans experimentats munten anàlegs artesanals amb les seves pròpies mans, comprant algunes de les peces en una botiga especialitzada i construint-ne algunes amb material improvisat.

Dins d'una caixa aïllada d'acer o d'alumini s'hi fixa una placa que absorbeix la calor solar. Molt sovint està cobert amb una capa de crom negre. La part superior del dissipador de calor està protegida per una coberta transparent segellada.

L'aigua s'escalfa en tubs col·locats en una serp i connectats a la placa. L'aigua o l'anticongelant entra a la caixa a través del tub d'entrada, s'escalfa als tubs i es desplaça a la sortida, a la canonada de sortida.

La transmissió de la llum de la coberta es deu a l'ús d'un material transparent: vidre temperat durador o plàstic (per exemple, policarbonat). Per evitar que els raigs solars es reflecteixin, la superfície de vidre o plàstic s'embolica (+)

Hi ha dos tipus de connexió, un tub i dos tubs, no hi ha cap diferència fonamental en l'elecció. Però hi ha una gran diferència en com es subministrarà el refrigerant als col·lectors: per gravetat o amb una bomba. La primera opció es reconeix com a ineficient a causa de la baixa velocitat del moviment de l'aigua; segons el principi de calefacció, s'assembla a un recipient per a una dutxa d'estiu.

El funcionament de la segona opció es produeix a causa de la connexió d'una bomba de circulació, que subministra el refrigerant amb força. El sistema d'energia solar pot esdevenir una font d'energia per al funcionament dels equips de bombeig.

La temperatura del refrigerant quan s'escalfa amb un col·lector solar arriba als 45-60 ºС, a la sortida l'indicador màxim és de 35-40 ºС.Per augmentar l'eficiència del sistema de calefacció, juntament amb els radiadors, s'utilitzen "pisos càlids" (+)

Col·lectors tubulars: una solució per a les regions del nord

El principi general de funcionament s'assembla al funcionament dels homòlegs plans, però amb una diferència: els tubs d'intercanvi de calor amb el refrigerant es troben dins dels matrassos de vidre. Els mateixos tubs són de plomes, segellats per un costat i semblants a plomes en aparença, i coaxials (buit), inserits entre si i segellats per ambdós costats.

Els intercanviadors de calor també són diferents:

• un sistema per convertir l'energia solar en energia tèrmica Heat-pipe;
• un tub convencional per moure un refrigerant tipus U.

El segon tipus d'intercanviadors de calor es reconeix com a més eficient, però no prou popular a causa del cost de les reparacions: si falla un tub, s'haurà de substituir tota la secció.

El Heatpipe no forma part d'un segment sencer, de manera que es pot canviar en 2-3 minuts. Els elements coaxials fallits es reparen simplement traient l'endoll i substituint el canal danyat.

Un diagrama que explica la naturalesa cíclica del procés d'escalfament dins dels tubs de buit: el líquid fred s'escalfa i s'evapora sota la influència de la calor solar, donant pas a la següent porció del refrigerant fred (+)

Després d'analitzar les característiques tècniques dels col·lectors de diversos tipus i resumir l'experiència del seu ús, vam decidir que els col·lectors plans són més adequats per a les regions del sud, i els col·lectors tubulars per a les regions del nord. Les instal·lacions amb el sistema Heat-pipe s'han demostrat especialment bé en climes durs. Tenen una capacitat de calefacció fins i tot en dies ennuvolats i de nit, "s'alimenten" amb una mínima quantitat de llum solar.

Un exemple d'esquema estàndard per connectar col·lectors solars a l'equip de la caldera: una estació de bombeig proporciona circulació d'aigua, un controlador regula el procés de calefacció

Augment de l'eficiència dels mòduls solars

L'eficiència dels sistemes solars es pot millorar utilitzant un dels mètodes següents:

1. Canvi de la ubicació dels mòduls. De vegades, per augmentar l'eficiència, n'hi haurà prou amb posicionar correctament els mòduls respecte al vector de directivitat dels raigs solars. Això normalment requereix desplegar tots els mòduls al sud. Si el dia a la regió és llarg, també podeu utilitzar les superfícies dirigides cap a l'est i l'oest; també hi ha prou llum que es converteix en energia.
2. Canvi de l'angle d'inclinació. La documentació dels mòduls indica sempre l'angle d'inclinació recomanat en què serà màxima l'eficiència del sistema. A la pràctica, aquest valor pot variar significativament segons la ubicació geogràfica i altres característiques individuals.
3. Selecció d'una ubicació per a la instal·lació. Molt sovint, els mòduls solars s'instal·len al terrat d'un edifici: aquesta és l'opció més fàcil, assequible i òbvia, però no la més eficaç. El millor és preparar una base giratòria amb antelació i instal·lar-hi els panells perquè els aparells segueixin els raigs del sol mentre es mouen.

L'últim punt mereix una atenció especial. Per descomptat, els mòduls instal·lats al sostre no són inútils; després de tot, en aquest cas no hi ha obstacles per als raigs del sol, de manera que arriben fàcilment al dispositiu i es converteixen en el tipus d'energia requerit.

El problema és que la disposició dels mòduls perpendiculars als raigs solars té la màxima eficiència en un curt període de temps.

Els dispositius rotatius que fan un seguiment de la direcció actual dels feixos us permeten desfer-vos d'aquests problemes. És cert que aquests dispositius també tenen costats negatius; en particular, estem parlant del cost extremadament elevat dels sistemes rotatius. A més, en alguns casos, l'adquisició d'aquests equips no afecta de cap manera l'eficiència del sistema, per exemple, si no es tenen en compte les condicions climàtiques. Els costos en aquest cas seran completament inadequats.

Segons càlculs aproximats, perquè els elements rotatius tinguin benefici, el seu nombre ha de ser almenys vuit. Per descomptat, podeu utilitzar un nombre menor de mòduls (uns 3-4), però només seran una compra rendible si els connecteu directament a la bomba d'aigua; en altres casos, l'augment de l'eficiència serà insignificant.

Càlcul de l'eficiència energètica de plaques solars

A l'hora de calcular l'àrea requerida de plaques solars, cal tenir en compte que un metre quadrat d'aquest equip donarà uns 120 watts a la vostra xarxa. Ara passeja per casa teva i calcula quina potència tenen els teus electrodomèstics i equips. També seria raonable estimar quants estalvis energètics es poden obtenir substituint alguns dispositius per altres d'eficiència energètica. Després d'això, podeu començar a calcular el nombre i l'àrea requerits de plaques solars, intentant tenir en compte el temps d'activitat solar a la vostra zona.

Escalfament d'una casa particular amb energia solar

A més d'extreure electricitat de l'energia solar, la nostra lluminària pot escalfar la vostra llar. Per descomptat, podeu utilitzar la manera més senzilla i connectar el sistema de calefacció elèctrica a plaques solars. Però el més probable és que sigui bastant ineficient, sobretot tenint en compte el nombre poc elevat de dies assolellats a l'any a les nostres latituds.

El millor seria combinar un sistema de generació d'electricitat mitjançant plaques solars i un sistema de calefacció autònom basat en l'escalfament del líquid amb calor solar, que després entra als radiadors de calefacció de casa teva.

Com funciona la calefacció solar

Els col·lectors de calefacció seran l'enllaç clau en un sistema de calefacció solar autònom. Es tracta d'aparells especialitzats que, amb pèrdues mínimes, transfereixen l'energia radiant solar a un refrigerant, que pot ser aigua o un anticongelant especial.

circuit de calefacció solar

Un avantatge important d'aquest enfocament d'alta tecnologia és que aquest sistema funcionarà de manera eficaç fins i tot en les condicions climàtiques més severes, la seva eficiència no disminueix fins i tot a temperatures exteriors negatives baixes.

Aquests sistemes, també anomenats col·lectors solars, s'han demostrat, per exemple, a les regions del nord de la Xina, en zones amb un clima molt dur. A més, en aquestes regions s'instal·len fins i tot en edificis d'apartaments.

Després de l'escalfament al col·lector, el refrigerant normalment entra al dipòsit d'emmagatzematge, que està equipat amb un excel·lent aïllament tèrmic. La temperatura del líquid en aquest dipòsit es manté durant molt de temps.Si l'aigua normal de l'aixeta s'utilitza com a portador de calor, a més de la calefacció, aquest líquid també es pot utilitzar per a usos domèstics, per exemple, per rentar o rentar plats.

Normes i requisits per a la calefacció autònoma

Abans de dissenyar una estructura de calefacció, cal consultar SNiP 2.04.05-91, que estableix els requisits bàsics per a canonades, escalfadors i vàlvules.

Les normes generals es redueixen a garantir que l'habitatge tingui un microclima còmode per a les persones que hi viuen, equipar correctament el sistema de calefacció, prèviament redactat i aprovat el projecte.

Molts requisits es formulen en forma de recomanacions a SNiP 31-02, que regula les normes per a la construcció d'habitatges unifamiliars i la seva disposició amb comunicacions.

Per separat, s'estipulen les disposicions relatives a la temperatura:

• els paràmetres del refrigerant a les canonades no han de superar els + 90ºС;
• els indicadors òptims es troben a + 60-80ºС;
• la temperatura de la superfície exterior dels dispositius de calefacció situats a la zona d'accés directe no ha de superar els 70ºС.

Es recomana que les canonades dels sistemes de calefacció siguin de llautó, coure i tubs d'acer. En el sector privat s'utilitzen principalment productes tubulars de polímer i metall-plàstic homologats per a la construcció.

Les canonades dels circuits d'escalfament d'aigua es col·loquen més sovint de manera oberta. Es permet la col·locació oculta quan s'instal·len "pisos càlids"

El mètode de col·locació de la canonada de calefacció pot ser:

• obert. Consisteix en la col·locació sobre estructures d'edificis amb fixació amb clips i pinces. Es permet quan es construeixen circuits a partir de canonades metàl·liques.Es permet l'ús d'anàlegs de polímers si s'exclouen els danys per impactes tèrmics o mecànics.
• Ocult. Consisteix en la col·locació de canonades en estrobosques o canals seleccionats en estructures d'edificis, en sòcols o darrere de pantalles protectores i decoratives. El contorn monolític està permès en edificis dissenyats per almenys 20 anys de funcionament i amb una vida útil de les canonades d'almenys 40 anys.

La prioritat és el mètode obert de col·locació, ja que el disseny de la ruta del gasoducte hauria de proporcionar accés gratuït a qualsevol element del sistema per a la reparació o substitució.

Les canonades s'oculten en casos rars, només quan aquesta solució ve dictada per una necessitat tecnològica, higiènica o constructiva, per exemple, quan s'instal·len "pisos càlids" en una regla de formigó.

Quan es col·loca la canonada de sistemes amb moviment natural del refrigerant, cal observar un pendent de 0,002 - 0,003. Les canonades dels sistemes de bombeig, a l'interior dels quals el refrigerant es mou a una velocitat d'almenys 0,25 m/s, no han de proporcionar pendents.

En cas de col·locació oberta de la principal, els trams que travessen locals sense calefacció s'han de proveir d'un aïllament tèrmic corresponent a les dades climàtiques de la zona de construcció.

Les canonades de calefacció autònomes amb un tipus de circulació natural s'han d'instal·lar en la direcció del moviment del refrigerant, de manera que l'aigua escalfada arribi a les bateries per gravetat i, després de la refrigeració, es desplaci per la línia de retorn a la caldera de la mateixa manera. Les xarxes dels sistemes de bombeig es construeixen sense pendent, perquè. no és necessari.

S'estipula l'ús de diversos tipus de tancs d'expansió:

• obert, utilitzat per a sistemes amb bombament i forçament natural, s'hauria d'instal·lar per sobre de l'elevador principal;
• Els dispositius de membrana tancada, utilitzats exclusivament en sistemes forçats, s'instal·len a la línia de retorn davant de la caldera.

Els dipòsits d'expansió estan dissenyats per compensar l'expansió tèrmica del líquid quan s'escalfa. Són necessaris per abocar l'excés a la claveguera o el cursi al carrer, com és el cas de les opcions obertes més senzilles. Les càpsules tancades són més pràctiques, perquè no requereixen la intervenció humana en l'ajust de la pressió del sistema, però són més cares.

Un dipòsit d'expansió de tipus obert s'instal·la al punt més alt del sistema. A més de proporcionar una reserva per expandir el líquid, també s'encarrega de la tasca d'eliminar l'aire. Els dipòsits tancats es col·loquen davant de la caldera, s'utilitzen ventilacions i separadors per eliminar l'aire

A l'hora d'escollir vàlvules de tancament, es dóna preferència a les vàlvules de bola, a l'hora d'escollir una unitat de bombeig: equips amb una pressió de fins a 30 kPa i una capacitat de fins a 3,0 m3 / h.

Les varietats d'obertura pressupostària s'han de reposar periòdicament a causa de la meteorització estàndard del fluid. Sota la seva instal·lació, cal reforçar significativament el terra de l'àtic i aïllar-lo.

Es recomana muntar radiadors i convectors sota les finestres, en llocs convenients per al manteniment. El paper dels elements de calefacció als banys o banys es pot jugar amb escalfadors de tovalloles connectats a comunicacions de calefacció

Acumulació de calor en roca calenta, formigó, còdols, etc.

L'aigua té una de les capacitats calorífices més altes: 4,2 J / cm3 * K, mentre que el formigó només té un terç d'aquest valor. El formigó, en canvi, es pot escalfar a temperatures molt més altes de 1200C mitjançant calefacció elèctrica, per exemple, i per tant té una capacitat global molt més gran. Seguint l'exemple següent, un cub aïllat d'aproximadament 2,8 m de diàmetre pot proporcionar prou calor emmagatzemada per a una casa per satisfer el 50% de la demanda de calefacció. En principi, es podria utilitzar per emmagatzemar l'excés d'energia eòlica o tèrmica fotovoltaica a causa de la capacitat de la calefacció elèctrica per assolir temperatures elevades.

A nivell de comtat, el projecte Wiggenhausen-Süd a la ciutat alemanya de Friedrichshafen va atreure l'atenció internacional. Es tracta d'una unitat d'emmagatzematge tèrmic de formigó armat de 12.000 m3 (420.000 peus cúbiques) connectada a un complex de col·lectors solars de 4.300 m2 (46.000 peus quadrats) que proporciona la meitat de les necessitats d'aigua calenta i calefacció de 570 habitatges.

Siemens està construint una instal·lació d'emmagatzematge de calor prop d'Hamburg amb una capacitat de 36 MWh, que consisteix en basalt escalfat a 600ºC i que genera 1,5 MW d'energia. Un sistema similar està previst per a la construcció a la ciutat danesa de Sorø, on el 41-58% de la calor emmagatzemada amb una capacitat de 18 MWh es transferirà a la calefacció de districte de la ciutat, i el 30-41% com a electricitat.

ft.), cobrint la meitat de la necessitat d'aigua calenta i calefacció per a 570 habitatges. Siemens està construint una instal·lació d'emmagatzematge de calor prop d'Hamburg amb una capacitat de 36 MWh, que consisteix en basalt escalfat a 600ºC i que genera 1,5 MW d'energia.Un sistema similar està previst per a la construcció a la ciutat danesa de Sorø, on el 41-58% de la calor emmagatzemada amb una capacitat de 18 MWh es transferirà a la calefacció de districte de la ciutat, i el 30-41% com a electricitat.

Informació bàsica sobre col·lectors solars casolans

Les unitats professionals tenen una eficiència al voltant del 80-85%, però cal tenir en compte el fet que són bastant cares i gairebé tothom es pot permetre el luxe de comprar materials per muntar un col·leccionista casolà.

En aquest sentit, tot depèn de les característiques del disseny, que es determinen i es calculen individualment.

El muntatge de la unitat no requereix eines difícils d'utilitzar i de difícil accés i materials cars.

col·lector solar

Eines de bricolatge de col·lectors solars

1. Perforador.
2. Trepant elèctric.
3. Un martell.
4. Serra de metalls.

Hi ha diverses varietats del disseny considerat. Es diferencien entre si en eficiència i cost final. Sota qualsevol circumstància, una unitat feta a casa costarà un ordre de magnitud més barat que un model de fàbrica amb característiques similars.

Una de les millors opcions és un col·lector solar al buit. Aquesta és l'opció més pressupostària i més senzilla en la seva execució.