Cómo hacer un colector solar para calefacción por sus propias manos: guía paso a paso
El encarecimiento de las fuentes de energía tradicionales impulsa a los propietarios de viviendas particulares a buscar opciones alternativas para la calefacción del hogar y el calentamiento del agua. Hay que admitir que el componente financiero del asunto no juega el menor papel a la hora de elegir un sistema de calefacción.
Una de las formas más prometedoras de suministro de energía – la conversión de la radiación solar. Para ello se utilizan sistemas solares. Comprendiendo el principio de su diseño y mecanismo de funcionamiento, hacer un colector solar para calefacción con sus propias manos no será muy difícil.
Le contaremos sobre las características de diseño de los sistemas solares, le ofreceremos un esquema de montaje simple y describiremos los materiales que se pueden utilizar. Las etapas del trabajo van acompañadas de fotografías ilustrativas; el material se complementa con videos sobre la creación y puesta en marcha de un colector casero.
Contenido del artículo:
Principio de funcionamiento y características de diseño
Los sistemas solares modernos – uno de los tipos de fuentes alternativas de obtención de calor. Se utilizan como equipo de calefacción auxiliar, que transforma la radiación solar en energía útil para los propietarios de la vivienda.
Son capaces de proporcionar completamente el suministro de agua caliente y calefacción en la temporada de frío solo en las regiones del sur. Y eso, si ocupan un área lo suficientemente grande y están instalados en áreas abiertas y sin sombra de árboles.
A pesar de la gran cantidad de variedades, el principio de funcionamiento es el mismo. Cualquier sistema solar representa un circuito con una disposición secuencial de dispositivos, tanto los que suministran energía térmica como los que la transfieren al consumidor.
Los elementos de trabajo principales son las baterías solares de fotocélulas o los colectores solares. La tecnología de montaje de un generador solar en fotoplacas es algo más compleja que la de un colector tubular.
En este artículo consideraremos la segunda opción – el sistema solar de colector.
Los colectores consisten en un sistema de tubos conectados en serie con un conducto de salida y de entrada, o dispuestos en forma de serpentín. Por los tubos circula agua técnica, una corriente de aire o una mezcla de agua con algún líquido anticongelante.
La circulación se estimula mediante fenómenos físicos: evaporación, cambio de presión y densidad debido a la transición de un estado de agregación a otro, etc.
La recolección y acumulación de energía solar se realiza mediante absorbedores. Estos son una placa metálica continua con la superficie exterior ennegrecida, o un sistema de placas individuales unidas a los tubos.
Para fabricar la parte superior de la carcasa, la tapa, se utilizan materiales con alta capacidad de transmisión de luz. Puede ser metacrilato, materiales poliméricos similares, tipos templados de vidrio tradicional.
Hay que decir que los materiales poliméricos resisten bastante mal la influencia de los rayos ultravioleta. Todos los tipos de plástico tienen un coeficiente de expansión térmica bastante alto, lo que a menudo provoca la despresurización de la carcasa. Por lo tanto, se debe limitar el uso de dichos materiales para fabricar la carcasa del colector.
El agua como fluido caloportador solo puede utilizarse en sistemas destinados a suministrar calor adicional en el período otoño/primavera. Si se planea un uso durante todo el año del sistema solar, antes de la primera ola de frío, se cambia el agua técnica por una mezcla de esta con anticongelante.
Si el colector solar se instala para calentar un edificio pequeño que no tiene conexión con la calefacción autónoma de la casa o con redes centralizadas, se construye un sistema simple de un solo circuito con un dispositivo de calefacción al inicio del mismo.
No se incluyen bombas de circulación ni dispositivos de calefacción en la cadena. El esquema es extremadamente simple, pero solo puede funcionar en verano soleado.
Al incluir el colector en una instalación técnica de dos circuitos, todo es mucho más complejo, pero también el rango de días aptos para su uso se incrementa significativamente. El colector maneja solo un circuito. La carga predominante recae 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 de la cantidad de días soleados, son demandados y la demanda de dispositivos solares aumenta constantemente. Son populares entre los artesanos aficionados que buscan canalizar todos los tipos de energía natural hacia un cauce útil.
Clasificación según criterios de temperatura
Existe una cantidad bastante grande de criterios según los cuales se clasifican las distintas construcciones de los sistemas solares. Sin embargo, para los dispositivos que se pueden fabricar con sus propias manos y utilizar para el suministro de agua caliente y calefacción, lo más racional será la división según el tipo de fluido caloportador.
Así, los sistemas pueden ser líquidos o de aire. El primer tipo suele ser más aplicable.
Además, se utiliza a menudo la clasificación según la temperatura que pueden alcanzar los componentes de trabajo del colector:
- De baja temperatura. Variantes capaces de calentar el fluido caloportador hasta 50°C. Se utilizan para calentar agua en depósitos de riego, bañeras y duchas en verano, y para mejorar las condiciones de confort en las tardes frescas de primavera y otoño.
- De temperatura media. Proporcionan una temperatura del fluido caloportador de 80°C. Se pueden utilizar para calefacción de espacios. Estas variantes son las más adecuadas para el acondicionamiento de viviendas particulares.
- De alta temperatura. La temperatura del fluido caloportador en estas instalaciones puede alcanzar 200-300°C. Se utilizan a escala industrial, se instalan para calefacción de naves de producción, edificios comerciales, etc.
En los sistemas heliotérmicos de alta temperatura se utiliza un proceso bastante complejo de transferencia de energía térmica. Además, ocupan un espacio considerable, que la mayoría de nuestros amantes de la vida rural no pueden permitirse.
El proceso de fabricación de estos sistemas es laborioso y su implementación requiere equipos especializados. Hacer uno mismo una versión similar de un sistema heliotérmico es prácticamente imposible.
Fabricación propia del colector
La fabricación de un dispositivo solar con las propias manos – es un proceso fascinante que aporta muchos beneficios. Gracias a ello, se puede aprovechar racionalmente la radiación solar gratuita y resolver varias tareas domésticas importantes. Analizaremos las particularidades de la creación de un colector plano que suministra agua caliente al sistema de calefacción.
Materiales para el montaje autónomo
El material más simple y accesible para el montaje independiente de la carcasa de un colector solar – una barra de madera con tabla, contrachapado, tableros OSB o variantes similares. Como alternativa, se puede utilizar un perfil de acero o aluminio con láminas similares. La carcasa metálica resultará un poco más cara.
Los materiales deben cumplir con los requisitos que se exigen a las estructuras utilizadas al aire libre. La vida útil del colector solar varía de 20 a 30 años.
Por lo tanto, los materiales deben poseer un conjunto determinado de características de rendimiento que permitan utilizar la estructura durante todo el período.
Si la carcasa se hace de madera, la durabilidad del material se puede garantizar mediante la impregnación con emulsiones de agua-polímero y el recubrimiento con pinturas y barnices.
El principio principal que se debe seguir al diseñar y ensamblar un colector solar es la disponibilidad de los materiales en cuanto a precio y posibilidad de adquirirlos. Es decir, se pueden encontrar en venta libre o fabricar uno mismo a partir de medios disponibles.
Detalles del dispositivo de aislamiento térmico
Para evitar la pérdida de energía térmica, se instala un material aislante en el fondo del cajón. Puede ser espuma de poliestireno o lana mineral. La industria moderna produce una gama bastante amplia de materiales aislantes.
Para aislar el cajón, se pueden utilizar variantes de aislantes con papel de aluminio. De esta manera se puede proporcionar tanto aislamiento térmico como reflexión de los rayos solares desde la superficie de aluminio.
Si se utiliza una placa rígida de espuma de poliestireno o poliestireno expandido como material aislante, se pueden cortar ranuras para colocar el serpentín o el sistema de tuberías. Por lo general, el absorbedor del colector se coloca sobre el aislamiento térmico y se fija firmemente al fondo del cuerpo mediante un método que depende del material utilizado en la fabricación del cuerpo.
Receptor de calor del colector solar
Este es un elemento absorbente. Representa un sistema de tubos en los que se calienta el fluido caloportador, y piezas realizadas generalmente de lámina de cobre. El material óptimo para la fabricación del absorbedor son las tubos de cobre.
Los artesanos domésticos han inventado una variante más barata – un intercambiador de calor en espiral de tubos de polipropileno.
Una solución económica interesante – un absorbedor de un sistema solar hecho de tubería de polímero flexible. Para la conexión con los dispositivos de entrada y salida se utilizan accesorios adecuados. La elección de materiales improvisados con los que se puede fabricar un intercambiador de calor para un colector solar es bastante amplia. Puede ser el intercambiador de calor de un refrigerador viejo, tuberías de agua de polietileno, radiadores de panel de acero, etc.
Un criterio importante de eficiencia es la conductividad térmica del material del que está hecho el intercambiador de calor.
Para la fabricación casera, la opción óptima es el cobre. Tiene una conductividad térmica de 394 W/m². En el aluminio, este parámetro varía de 202 a 236 W/m².
Sin embargo, la gran diferencia en los parámetros de conductividad térmica entre los tubos de cobre y los de polipropileno no significa en absoluto que el intercambiador de calor con tubos de cobre produzca volúmenes de agua caliente cientos de veces mayores.
En igualdad de condiciones, el rendimiento de un intercambiador de calor de tubos de cobre será un 20% más eficiente que el de las versiones de metal-plástico. Por lo tanto, los intercambiadores de calor fabricados con tubos poliméricos tienen derecho a existir. Además, estas opciones resultarán mucho más económicas.
Independientemente del material de los tubos, todas las uniones, tanto soldadas como roscadas, deben ser estancas. Los tubos se pueden disponer tanto paralelamente entre sí como en forma de serpentín.
El diseño tipo serpentín reduce el número de conexiones – esto disminuye la probabilidad de fugas y garantiza un movimiento más uniforme del flujo del refrigerante.
La parte superior de la caja donde se encuentra el intercambiador de calor se cubre con vidrio. Como alternativa, se pueden utilizar materiales modernos, como el acrílico o el policarbonato monolítico. El material translúcido puede ser no liso, sino estriado o mate.
Este tratamiento reduce las capacidades reflectantes del material. Además, este material debe soportar cargas mecánicas significativas.
En las muestras industriales de estos sistemas solares se utiliza un vidrio solar especial. Este vidrio se caracteriza por un bajo contenido de hierro, lo que proporciona menores pérdidas de energía térmica.
Tanque de almacenamiento o cámara previa
Como tanque de almacenamiento se puede usar cualquier recipiente con un volumen de 20 a 40 litros. También es adecuada una serie de tanques de menor volumen conectados por tuberías en cadena. Se recomienda aislar el tanque de almacenamiento, ya que el agua calentada por el sol en un recipiente sin aislamiento perderá rápidamente la energía térmica.
En esencia, el refrigerante en el sistema solar de calefacción debe circular sin acumulación, ya que la energía térmica obtenida debe gastarse en el período de obtención. El tanque de almacenamiento cumple más bien la función de distribuidor de agua caliente y cámara de compensación, manteniendo la estabilidad de la presión en el sistema.
Etapas de montaje del sistema solar
Después de fabricar el colector y preparar todos los elementos estructurales del sistema, se puede proceder a la instalación propiamente dicha.
El trabajo comienza con la instalación de la cámara de avance, que generalmente se coloca en el punto más alto posible: en el ático, una torre independiente, un caballete, etc.
Durante el montaje, tenga en cuenta que, después de llenar el sistema con un fluido termotransmisor, esta parte de la estructura tendrá un peso considerable. Por lo tanto, debe asegurarse de la confiabilidad del entrepiso o reforzarlo.
Después de instalar el tanque, se procede a la instalación del colector. Este elemento estructural del sistema se coloca en el lado sur. El ángulo de inclinación con respecto a la línea del horizonte debe ser de 35 a 45 grados.
Después de instalar todos los elementos, se conectan con tuberías, formando un solo sistema hidráulico. La estanqueidad del sistema hidráulico es un criterio importante del que depende el funcionamiento eficiente del colector solar.
Para conectar los elementos estructurales en un solo sistema hidráulico, se utilizan tuberías de diámetro de una pulgada y media pulgada. El diámetro menor se utiliza para la parte de presión del sistema.
Por parte de presión del sistema se entiende la entrada de agua a la cámara de avance y la salida del fluido termotransmisor calentado hacia el sistema de calefacción y agua caliente sanitaria. El resto se monta con tuberías de mayor diámetro.
Para evitar pérdidas de energía térmica, las tuberías deben aislarse cuidadosamente. Para este fin, se puede utilizar poliestireno expandido, lana de basalto o versiones laminadas de materiales aislantes modernos. El tanque de almacenamiento y la cámara de avance también deben ser aislados.
La opción más simple y económica para aislar térmicamente el tanque de almacenamiento es construir un cajón de madera contrachapada o tablas a su alrededor. El espacio entre el cajón y el tanque debe llenarse con material aislante. Puede ser lana de escoria, una mezcla de paja y arcilla, aserrín seco, etc.
Prueba antes de la puesta en marcha
Después de montar todos los elementos del sistema y aislar parte de las estructuras, se puede proceder a llenar el sistema con fluido termotransmisor. El llenado inicial del sistema debe realizarse a través del conector 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 bolsas de aire.
El agua u otro líquido caloportador entra en la precámara. El proceso de llenado del sistema finaliza cuando comienza a salir agua del tubo de drenaje de la precámara.
Con la ayuda de una válvula de flotador se puede ajustar el nivel óptimo de líquido en la precámara. Después de llenar el sistema con el caloportador, este comienza a calentarse en el colector.
El proceso de aumento de temperatura ocurre incluso en tiempo nublado. El caloportador calentado comienza a ascender hacia la parte superior del tanque de almacenamiento. El proceso de circulación natural ocurre hasta que la temperatura del caloportador que entra al radiador se iguala con la temperatura del caloportador que sale del colector.
Al consumir agua en el sistema hidráulico, la válvula de flotador ubicada en la precámara se activará. De esta manera, se mantendrá un nivel constante. Al mismo tiempo, el agua fría que ingresa al sistema permanecerá en la parte inferior del depósito de almacenamiento. El proceso de mezcla de agua fría y caliente prácticamente no ocurre.
En el sistema hidráulico se debe prever la instalación de una válvula de cierre que impida la circulación inversa del caloportador desde el colector hacia el acumulador. Esto ocurre en el caso de que la temperatura ambiente descienda por debajo de la temperatura del caloportador.
Dicha válvula de cierre se utiliza generalmente por la noche y por la tarde.
La conexión a los puntos de consumo de agua caliente se realiza mediante mezcladores estándar. Es mejor no utilizar grifos simples comunes. En días soleados, la temperatura del agua puede llegar a 80°C – no es cómodo usar esa agua directamente. Por lo tanto, los mezcladores permitirán ahorrar considerablemente agua caliente.
La capacidad de dicho calentador solar de agua se puede aumentar añadiendo secciones adicionales de colectores. El diseño permite montar desde dos hasta una cantidad ilimitada de unidades.
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 la construcción del elemento calefactor.
Los rayos solares pasan sin obstáculos a través del material transparente de la parte superior del colector y se convierten en energía térmica.
La energía térmica queda atrapada en un espacio cerrado gracias a la estanqueidad de la caja de la sección del colector. El efecto termosifón se utiliza en el sistema hidráulico, cuando el caloportador calentado asciende, desplazando al caloportador frío y obligándolo a moverse hacia la zona de calentamiento.
Rendimiento del colector solar
El criterio principal que influye en el rendimiento de los sistemas solares es la intensidad de la radiación solar. La cantidad de radiación solar potencialmente útil que incide en un determinado territorio se denomina insolación.
El valor de la insolación en diferentes puntos del globo varía en un rango bastante amplio. Para determinar los valores medios de esta magnitud, existen tablas especiales. Estas muestran el valor medio de la insolación solar para cada región.
Además del valor de la insolación, el rendimiento del sistema se ve influido por el área y el material del intercambiador de calor. Otro factor que afecta al rendimiento del sistema es el volumen del tanque de almacenamiento. La capacidad óptima del tanque se calcula en función del área de los absorbedores del colector.
En el caso de un colector plano, se trata del área total de los tubos que se encuentran dentro de la caja del colector. Este valor, en promedio, equivale a 75 litros de volumen del tanque por cada metro cuadrado de área de los tubos del colector. La capacidad de almacenamiento actúa como un acumulador térmico.
Precios de los dispositivos de fábrica
La mayor parte de los costes financieros de la construcción de un sistema de este tipo recae en la fabricación de los colectores. Esto no es sorprendente, ya que incluso en los modelos industriales de sistemas solares, alrededor del 60% del costo corresponde a este elemento estructural. Los costes financieros dependerán de la elección del material.
Cabe señalar que un sistema de este tipo no es capaz de calentar una habitación, solo ayuda a ahorrar en costes al contribuir a calentar el agua del sistema de calefacción. Teniendo en cuenta los considerables gastos de energía que se consumen para calentar el agua, un colector solar integrado en el sistema de calefacción reduce significativamente dichos costes.
Para su fabricación se utilizan materiales bastante simples y accesibles. Además, esta estructura es completamente independiente de la energía y no requiere mantenimiento técnico. El mantenimiento del sistema se reduce a una inspección periódica y a la limpieza del vidrio del colector de la suciedad.
Información adicional sobre la organización de la calefacción solar en el hogar se presenta en este artículo.
Conclusiones y video útil sobre el tema
Proceso de fabricación de un colector solar básico:
Cómo montar y poner en funcionamiento un sistema solar:
Naturalmente, un colector solar fabricado por uno mismo no podrá competir con los modelos industriales. Utilizando materiales disponibles, es bastante difícil lograr la alta eficiencia que poseen los modelos industriales. Pero los costos financieros serán mucho menores en comparación con la adquisición de instalaciones ya preparadas.
No obstante, un sistema de calefacción solar casero aumentará significativamente el nivel de confort y reducirá los gastos de energía producida por fuentes tradicionales.
¿Tiene experiencia en la construcción de un colector solar? ¿O le quedan preguntas sobre el material expuesto? Por favor, comparta la información con nuestros lectores. Puede dejar comentarios en el formulario que se encuentra a continuación.
Colector solar con botellas de plástico: guía paso a paso para construir un dispositivo solar 
Generador solar hecho por uno mismo: instrucciones para fabricar una fuente de energía alternativa 
Colector solar de vacío: principio de funcionamiento + cómo montarlo uno mismo 
Cómo hacer un panel solar por cuenta propia: instrucciones para el montaje autónomo 
Cómo hacer un panel solar con sus propias manos: métodos de montaje e instalación del panel solar 
Sistemas solares de calefacción: análisis de tecnologías para la instalación de calefacción basada en sistemas solares térmicos 
Costo de conexión de gas a una casa particular: precio de organización del suministro de gas 
Las mejores lavadoras con secadora: ranking de modelos y consejos para compradores 
Qué es la temperatura de color de la luz y matices de selección de temperatura de lámparas según sus necesidades 
Reemplazo del calentador de gas en un apartamento: documentación del reemplazo + normas y requisitos básicos 
Todo esto está bien, pero en nuestro país, ¿cómo se ve esto desde el punto de vista legal? Me interesa. Supongamos que construyo todo esto, lo hago, todo funciona, y luego el vecino, a quien una vez no le devolví 1 €, ve todo el sistema y comienza: unos organismos de control, otros, si no es la policía. Solo faltaría recibir una multa o algo peor. Así que primero sería bueno conocer el lado legal del asunto.
Leonid, ¿por qué se le puede condenar? ¿Por el consumo gratuito de calor solar?
Si hay una persona, siempre se encontrará un motivo.
¡Hola!
Usted ha planteado una cuestión muy interesante e importante. Por ahora, en Rusia no existe ninguna ley que establezca claramente los derechos y obligaciones de los propietarios de paneles solares. Las personas jurídicas que utilizan energía solar se remiten a la Ley Federal №7 del 10.01.2002 sobre seguridad ambiental de las empresas industriales y al «Programa Estatal de Apoyo a la Investigación Científica y la Educación Ambiental de los Ciudadanos». Sobre las personas físicas como propietarias del equipo, no hay una sola palabra en la Ley Federal.
La práctica legal muestra que los propietarios privados de paneles solares se enfrentan al siguiente problema: el panel se instala en la fachada o el techo de un edificio residencial, lo que genera preguntas por parte de la Inspección de Vivienda territorial. En este caso, los representantes de las autoridades se basan en que el panel cambia la apariencia externa del edificio, y eso no siempre es posible. Por lo tanto, si usted ha instalado o planea instalar un panel solar en un edificio de varios pisos, le recomiendo obtener un permiso en el departamento de arquitectura del organismo territorial competente. Por lo general, el asunto se resuelve de manera positiva y rápida.
También tenga en cuenta que solo puede utilizar la energía obtenida de los paneles solares para satisfacer sus necesidades domésticas y comerciales. Si planea vender el excedente de electricidad, por ejemplo a un vecino, entonces necesita obtener el estatus de participante en el mercado minorista de electricidad y firmar un contrato con el comprador. Esta norma está establecida en el artículo 64 de la Ley Federal №7.
Otro matiz: si su batería está conectada al sistema de alimentación, la conexión debe ser «después del contador», de lo contrario podrían acusarle de robo de recursos energéticos.
Hola. Legalmente no hay prohibiciones protocolizadas para la instalación y uso de colectores solares y otros recursos naturales – nieve, aire, viento, lluvia.
Pues dele 1 € al vecino, y listo, no habrá ningún problema.
No se preocupe. Mañana el vecino volverá. ¿Usted está repartiendo 1 € cada uno, verdad?
Ahorrar energía – es algo necesario. Sin embargo, tanto para los colectores solares como para las placas solares, hay una serie de limitaciones: solo son eficaces en regiones con suficientes días soleados. Además, no hay que olvidar la necesidad de pensar e instalar medios de protección de estas placas contra el granizo. Entre otras cosas, también hay que organizar y realizar su limpieza periódica de manera adecuada.
Yevgueni, pero no se trata necesariamente de reemplazar toda la calefacción por colectores solares. En una casa de campo, en el pueblo durante el verano (especialmente donde hay problemas de suministro eléctrico), es un modelo bastante funcional. Especialmente para calentar agua. Si el tanque de acumulación tiene un buen aislamiento térmico, aún por la mañana habrá agua caliente para lavarse o ducharse. Además, – ¡gratis!
La conversación sobre el aspecto legal me recordó una historia divertida sobre una mujer que privatizó el Sol y ahora pretende cobrar por su uso :)) Bromeamos que queremos presentarle una demanda por daños a la salud por el calor extremo de este verano y por la sequía 🙂
El Estado no tolerará que el pueblo consuma energía gratuita, incluyendo la solar.
Puede reírse, pero si usted abastece completamente su casa con energía solar, habrá organismos que lo impedirán.
Hace unos 25 años me sorprendía que en Europa el agua se usara con contador, ¿y ahora le parece gracioso?
¿Y qué tiene que ver el Estado aquí? Desde hace casi 30 años, todos los servicios comunales y administrativos trabajan de forma independiente y no pertenecen al Estado. Parece que ya es hora de que todos los “partisanos salgan del bosque”, la estructura cambió hace tiempo.
Las empresas energéticas regionales son responsables del suministro de energía. Los cálculos se realizan a través de Energosbyt. Son sociedades anónimas que pagan impuestos al Estado, pero no le obedecen. Usted, por cierto, también paga impuestos al Estado, pero este no decide por usted dónde y cómo va a trabajar.
“Hace unos 25 años me sorprendía de que...” Me parece que incluso entonces existían los pagos comunales, nadie los abolió en ninguna circunstancia. Y por la energía solar obtenida con su propia central eléctrica, no es necesario pagar a nadie. Bueno, a menos que usted pueda venderla. Solo en ese caso podrían obligarle a pagar IMPUESTOS sobre los ingresos. Nada más.