Paneles solares para calefacción del hogar: tipos, cómo elegirlos e instalarlos correctamente

Las innovaciones tecnológicas realmente sorprenden, especialmente cuando se trata del lado práctico de la vida. Hasta hace poco, la gente desconocía los esquemas para obtener energía rentable que permitiera prescindir de la costosa electricidad. Reconozca que ahora las fuentes alternativas están al alcance de todos y sería fantástico aprovecharlas.

Los innovadores paneles solares para calefacción del hogar se están introduciendo gradual pero persistentemente en nuestra realidad doméstica. Pero antes de ir a comprarlos, vale la pena sopesar los pros y los contras; de lo contrario, se podría adquirir un modelo completamente inadecuado. Para evitar que esto suceda, revelaremos los secretos para elegir estos dispositivos.

Además, en nuestro material usted conocerá las características constructivas de los colectores solares, así como encontrará una guía paso a paso para la instalación de heliobaterías. Para facilitar la comprensión, el material se acompaña de fotografías temáticas y videos.

Principio de uso de la energía solar

A menudo, al enfrentarse a la necesidad de instalar paneles solares, uno se pregunta sobre la viabilidad del proyecto. Porque en la mayoría de los casos, el porcentaje de días soleados es significativamente menor que el de días nublados.

Esta proporción es típica de las regiones de la zona media, y el clima de las áreas del norte tiene una cantidad aún mayor de días nublados.

La cantidad insuficiente de días soleados está directamente relacionada con la eficiencia de los dispositivos que convierten la energía del sol. En consecuencia, disminuye la incidencia de los rayos solares sobre la superficie de la batería. Este proceso se denomina insolación.

Los paneles solares pueden utilizarse en sistemas de calefacción como proveedores de fluido caloportador o de energía para alimentar los dispositivos.

Su esencia radica en que cualquier superficie, independientemente de su propósito, recibe una cierta cantidad de energía solar. En las regiones del sur, esta cantidad es naturalmente mayor, lo que hace que la instalación de paneles solares sea más relevante.

Sin embargo, como muestra la práctica, el mercado de equipamiento tecnológico en el ámbito de la síntesis de energía solar mejora constantemente sus productos, por lo que las células fotovoltaicas modernas en los paneles solares funcionan perfectamente incluso en zonas con bajo nivel de insolación.

Distribución de la actividad solar tomando como ejemplo el mapa de Rusia. Un coeficiente más alto es característico de las regiones del sur (+).

Enfoque ponderado para la instalación

Antes de organizar un sistema de calefacción con paneles solares, conviene conocer los inconvenientes y las ventajas de la estructura que funciona con energía solar.

Estos conocimientos son necesarios para comprender mejor las diferencias del equipo respecto a sus análogos y para evaluar la racionalidad del dispositivo y la viabilidad de su construcción.

Los factores más significativos son:

• Eficiencia. El rendimiento real en la conversión de energía solar en eléctrica. Por ahora, la energía de los paneles solares es casi cinco veces más cara que la electricidad convencional.
• Estacionalidad de uso. Los paneles solares solo podrán funcionar de manera productiva cuando no haya obstáculos en el camino de los rayos solares, incluida la alta nubosidad.
• Débil sistema de acumulación. La energía obtenida, en la mayoría de los casos, debe consumirse de inmediato. Para su acumulación y almacenamiento se necesitan acumuladores bastante voluminosos, para cuya ubicación se requerirá un área considerable.
• Necesidad de energía auxiliar. En invierno, los paneles solares no podrán suministrar la cantidad de calor suficiente para calentar la casa. Pero pueden convertirse en un complemento útil para la caldera de calefacción en caso de tiempo soleado.
• Viabilidad de la construcción. En la actualidad, la amortización de los paneles solares deja mucho que desear. Su instalación solo se justifica en zonas no conectadas a redes centralizadas. Allí donde no hay ninguna alternativa a los dispositivos solares.

Hay esperanzas en el desarrollo y la producción de dispositivos de energía solar más accesibles para particulares. Existe la certeza de que algún día la construcción de sistemas que procesan energía solar será rentable.

Ciertamente, si se tiene en cuenta que los recursos energéticos del planeta se están agotando gradualmente, se puede considerar la tecnología solar como una inversión rentable y prometedora.

El sistema solar es completamente seguro para el medio ambiente, no emite productos tóxicos de combustión, no altera el equilibrio natural, no requiere la quema de combustibles fósiles ni de madera.

Sin embargo, por ahora es solo un complemento a las fuentes principales de calor, pero ya posee su propio conjunto de ventajas.

Ventajas significativas del sistema solar:

• Largo período de funcionamiento. La simplicidad constructiva garantiza un mínimo de averías. Los paneles pueden dañarse accidentalmente al limpiar la nieve, pero el reemplazo del vidrio es bastante accesible para realizarlo con sus propias manos.
  
• Amplia variedad de modelos. Un número considerable de empresas extranjeras y algunos representantes de fabricantes nacionales producen los aparatos. La variedad de precios permite elegir una opción “asequible”.
• Personalización de ajustes. El equipo se puede configurar teniendo en cuenta todos los caprichos de la naturaleza en una localidad específica.
• Bajo costo de la energía. Más precisamente, su total gratuidad – una cualidad que no debe tomarse al pie de la letra debido a la considerable cantidad de materiales necesarios para la construcción de los paneles solares.
• Atractivo exterior. Los sistemas de calefacción planos no alteran la arquitectura de las casas y pueden percibirse como elementos de diseño creativo.

Se ha averiguado que el complejo solar puede ser un apoyo en el hogar, complementando las fuentes de calefacción tradicionales. Además, teniendo en cuenta los precios actuales de los combustibles, la energía alternativa contribuye al ahorro, especialmente en el ámbito del sector privado.

Los principales fabricantes de equipos, al describir sus productos, hacen hincapié en la absoluta ecologicidad del sistema. Naturalmente, el proceso de conversión de energía fotónica se produce sin la participación de sustancias combustibles, tóxicas o químicas explosivas.

Los paneles solares ubicados en el techo no estropean el exterior de la casa y no ocupan mucho espacio.

Si se piensa de manera más global, el uso generalizado de paneles solares sin duda reducirá el consumo de otras fuentes de energía, como el carbón o el gas natural. Por supuesto, la situación ambiental mejorará cualitativamente en ese caso, y las elevadas facturas de calefacción y combustibles quedarán en el pasado.

La eficiencia de funcionamiento de los paneles es directamente proporcional a la cantidad de energía solar absorbida. Pero el aspecto tecnológico de los diferentes tipos de equipos permite aumentar o disminuir el rendimiento.

Para aumentar el rendimiento del sistema, se recomienda realizar la instalación de calefacción solar en simbiosis con otros métodos de calefacción más tradicionales.

No debe preocuparse de que el colector solar falle muy pronto. La vida útil media de dicho equipo es de aproximadamente 15 años. El funcionamiento correcto de los fotoelementos depende principalmente de la región en la que se utiliza la instalación.

Por lo general, el nivel más intenso de insolación somete al sistema a una mayor carga. Por lo tanto, si el equipo se utiliza en un clima templado, es perfectamente capaz de durar más de 15 años.

La vida útil de los paneles solares es de 12 a 15 años. Con un mantenimiento adecuado, durarán más.

Tipos de sistemas solares

Se ha demostrado empíricamente que algunas sustancias pueden reaccionar más intensamente a la acción de los fotones. Por lo tanto, la tecnología de fabricación de paneles solares es diferente.

Los dispositivos solares para uso doméstico se dividen en 2 tipos principales:

• Convertidores fotovoltaicos (de silicio y de película fina). Consisten en grupos de células fotovoltaicas conectadas en serie o en paralelo entre sí, que convierten la radiación solar en electricidad. Los elementos ensamblados en un único sistema semiconductor se denominan panel solar, que suministra energía a los dispositivos de calefacción que dependen de la electricidad.
• Colectores solares (planos, de vacío o tubulares, colectores-concentradores o reflectantes). Es el tipo más común en el hogar, que capta la energía solar y la transfiere al sistema de calefacción en forma de electricidad o de fluido caloportador calentado.

Además de los tipos mencionados, existen centrales solares que producen energía a escala industrial. Para un particular, pueden servir como proveedor centralizado de energía.

Un sistema de calefacción con colectores solares prevé el consumo de energía inmediatamente después de obtenerla.

Estructura de los convertidores fotovoltaicos

El principio de funcionamiento de los convertidores fotovoltaicos se basa en la conversión de la energía solar en energía eléctrica. Se fabrican en forma de módulos sobre un marco de aluminio o sobre una lámina polimérica flexible.

En el primer caso, la parte superior del módulo está protegida por un vidrio de alta resistencia, y la parte inferior por una película aislante. En el segundo caso, ambas cubiertas protectoras están hechas de polímeros.

Los elementos fotovoltaicos se conectan mediante barras conductoras, cuya función es transferir energía a la batería o al consumidor. A las barras se conectan contactos que sirven para conectar baterías individuales en un sistema completo y para conectarse a los consumidores.

El principio de acción de los convertidores fotovoltaicos se basa en la capacidad de los elementos de convertir la energía solar en eléctrica

Teniendo en cuenta la organización de los átomos de silicio, las baterías solares se dividen en las siguientes categorías:

• Monocristalinos. Suministrados con el silicio más puro, cuya tecnología de producción se ha utilizado durante mucho tiempo en la fabricación de semiconductores. La esencia de la producción consiste en el cultivo artificial de un monocristal, que luego se corta en placas de 0,2-0,4 mm de espesor. Estas son las celdas de la futura batería, de las cuales se necesitarán 36 unidades.
• Policristalinos. En su fabricación se utilizan placas obtenidas a partir de silicio fundido después de un enfriamiento lento. La tecnología requiere menos energía y mano de obra, por lo que las baterías solares con policristales cuestan mucho menos. Por lo general, estas baterías tienen un color azul brillante estándar.
• De silicio amorfo. Su tecnología de producción se basa en el principio de fase de evaporación. Como resultado del proceso de evaporación, una fina película de silicio se deposita sobre el elemento portador, que luego se recubre con una capa protectora transparente. Esta categoría de paneles solares se denomina de película delgada y se instala en las paredes de las casas.

Las baterías monocristalinas son las más productivas. Dependiendo del modelo y del fabricante, su eficiencia varía en el rango del 14–17%. Las policristalinas pierden en términos de eficiencia, su eficiencia promedio es del 10–12%.

Los sistemas menos productivos son los paneles solares de silicio amorfo. Están diseñados para procesar radiación difusa, se instalan en las paredes de las casas como complemento de los sistemas más potentes ubicados en el tejado. Eficiencia en el rango del 5–6%.

Las variantes policristalinas de paneles solares – una oferta intermedia en cuanto a precio y rendimiento.

Basándonos en los datos obtenidos de los principales fabricantes de módulos solares, como la empresa SunTech Power, se hace evidente que la eficiencia de los monocristales aumenta cada año, y pronto el rendimiento podría alcanzar alrededor del 33%.

Sin embargo, hoy en día los mejores índices de rendimiento pertenecen a los productos de la empresa Sanyo. La peculiaridad de estos paneles radica en la multicapa del elemento exterior, lo que aumenta significativamente la eficiencia, y el rendimiento de los colectores solares es del 23%.

Debido al procedimiento característico de procesamiento del silicio, la estructura del policristal contiene formaciones no deseadas que dificultan una mejor absorción de la energía solar.

Además, las partículas cristalinas de la microestructura del módulo están dispuestas de manera caótica entre sí, lo que dificulta la sublimación de la energía. En consecuencia, la eficiencia del panel rara vez supera el 18%.

A veces se encuentra un simbiosis de colectores amorfos y poli/monocristalinos. Esto se explica porque, para el funcionamiento normal de los policristales, se requiere una intensa iluminación solar, a diferencia de los paneles amorfos. Por lo tanto, la combinación de ambas tecnologías puede ser una solución.

En la producción de sistemas de película fina también hay cambios notables. Así, en la etapa actual, se encuentran con bastante frecuencia los módulos solares de película fina basados en cadmio e indio.

En cada etapa se realiza un monitoreo constante del recubrimiento de silicio-hidrógeno, de lo contrario podrían surgir problemas relacionados con el funcionamiento.

Está demostrado que el cadmio absorbe muy bien la luz solar, por lo que muchos fabricantes en el campo de la energía solar lo han adoptado. Como es sabido, la sustancia es radiactiva, pero no hay que preocuparse por la posibilidad de radiación, ya que la proporción del metal no es tan grande como para causar algún daño a la atmósfera, y mucho menos a los seres humanos.

El semiconductor indio produce con éxito un 20% de eficiencia, superando al cadmio. Debido a que el indio es mucho más demandado en electrodomésticos, concretamente en la fabricación de televisores LCD, los fabricantes suelen sustituir el metal por otro análogo: el galio.

El equipo solar de película tiene una estructura flexible, lo que simplifica significativamente la instalación.

Hablando de las ventajas de los módulos poliméricos y los colectores de película fina en general, cabe destacar su precio bastante bajo en comparación con las baterías cristalinas, la total seguridad y la ecologicidad, gracias al estado estable de las sustancias químicas. Además, entre las ventajas adicionales se pueden añadir la flexibilidad y la versatilidad.

Características constructivas de los colectores solares

La versión más simple de un colector solar plano es una especie de caja-cuerpo, cuya cara frontal es una superficie metálica ennegrecida. En el interior hay un serpentín lleno de agua, una mezcla de agua con anticongelante o aire.

El fondo y las paredes de la caja se cubren con aislamiento térmico, necesario para conservar la energía obtenida dentro de la batería.

La placa metálica junto con los tubos recogen y transfieren el fluido caloportador calentado al sistema de calefacción. Esta parte se denomina absorbedor. La mayoría de las veces se utiliza cobre en láminas, caracterizado por su alta conductividad térmica.

La parte exterior del absorbedor debe ser intensamente negra para la máxima absorción de la radiación solar.

Los paneles solares de tipo tubular consisten en un sistema de tubos o un serpentín con una placa metálica en la parte superior.

Para que los rayos no se reflejen en la superficie metálica del absorbedor, se instala una cubierta transparente resistente en la parte superior. Normalmente, se trata de vidrio templado con un contenido mínimo de metal.

En el exterior se aplica una capa óptica especial que no emite calor en el infrarrojo. Esto contribuye a aumentar el rendimiento del dispositivo, capaz de calentar agua hasta 200°C.

Los paneles tubulares son sensibles a las inclemencias atmosféricas. Después de fuertes lluvias, especialmente de granizo, se recomienda comprobar cuidadosamente la integridad de la cubierta frontal del colector.

Las hojas arrastradas por el viento, el polvo en suspensión y los restos de ramas también pueden dañar la superficie. Los arañazos y las astillas provocarán un deterioro brusco del rendimiento del equipo.

Existen varias opciones de diseño de paneles solares, ya que durante su uso los desarrolladores fueron eliminando gradualmente las deficiencias.

La variedad de vacío está equipada con un tubo multicapa diseñado según el principio de un termo. Este sistema permite conservar el calor un 95% mejor que los modelos anteriores.

En la parte inferior del tubo multicapa hay un líquido que, al calentarse con el sol, se convierte en vapor. En la parte superior de esta peculiar ampolla sellada está montado un condensador. Al alcanzarlo, el vapor se condensa y transporta calor al sistema.

Los paneles solares que funcionan según el principio de vacío son más eficaces que los tubulares convencionales en zonas con escasos días soleados.

Los colectores concentradores están equipados con un dispositivo de superficie reflectante que enfoca la energía recibida sobre la superficie del absorbedor. El área del espejo es mayor que la del absorbedor, lo que aumenta la eficiencia de captación de energía solar.

El elemento reflectante puede concentrarse en un punto o en una línea fina sin la menor pérdida de rendimiento.

Gracias al diseño del tubo receptor de calor según el principio de un termo, el rendimiento del dispositivo aumenta casi el doble.

La desventaja de los concentradores es que solo pueden captar la radiación directa. Por ello, los últimos modelos se equipan con dispositivos de seguimiento giratorios para eliminar o reducir el efecto de este inconveniente.

Los dispositivos de seguimiento hacen que el colector gire siguiendo el movimiento del astro para captar todos sus rayos.

Es la variedad más eficaz de paneles solares colectores, que permite calentar el fluido caloportador hasta la temperatura máxima en comparación con otros. Eso sí, funcionan bien en zonas desérticas, cuestan bastante, por lo que son demandadas principalmente por organizaciones industriales.

El colector-concentrador solar funciona enfocando la energía solar en un absorbedor de menor área.

Una interesante nueva solución es la construcción colectora esférica, que capta literalmente todos los rayos que puede percibir. No necesita equiparse con un mecanismo giratorio, que por cierto es dependiente de energía y requiere conexión a la red eléctrica.

La construcción esférica se diferencia de la ordinaria en que no consta de tubos individuales conectados al tubo de entrada y salida, sino de un único receptor térmico helicoidal.

El serpentín receptor se llena con agua técnica, que al calentarse asciende por el camino helicoidal y sale caliente hacia el tubo de salida, y de allí al sistema de calefacción.

Después de enfriarse, el refrigerante regresa del circuito de calefacción al tubo de entrada del colector esférico. El proceso se repite.

La forma esférica permite recibir los rayos solares durante todo el día sin necesidad de mecanismos giratorios.

Una ventaja importante del sistema esférico es que el calentamiento ocurre durante todo el día. No necesita equiparse con mecanismos giratorios que requieran alimentación eléctrica. Gracias al diseño helicoidal, se caracteriza por pérdidas mínimas de energía en la tubería.

Todos los tipos de colectores solares pertenecen a la categoría de sistemas auxiliares estacionales de obtención de energía. Dependiendo del modelo, su tubería interna puede contener hasta 200 l de líquido, y la cantidad mínima utilizada en los módulos de vacío es de aproximadamente 60 l.

Construir un colector solar es bastante factible con sus propias manos. En el sitio web hay una selección de artículos dedicados a los sistemas solares caseros.

Le recomendamos leer:

1. Cómo hacer un colector solar para calefacción con sus propias manos: guía paso a paso
2. Cómo hacer un panel solar por cuenta propia: instrucciones para el montaje autónomo

Instrucciones para la instalación de heliobaterías

Los paneles de tipo 'plano' es recomendable instalarlos en la temporada de verano, cuando el nivel de insolación es más alto. Esta será la opción óptima en cuanto a la relación entre el precio y la energía obtenida, por lo que la compra de estos colectores solares justificará plenamente todos los gastos.

De una forma u otra, el potencial energético del equipo permite que se utilice en sistemas de agua caliente sanitaria y calefacción.

El proceso de conversión de energía es extremadamente sensible a las fluctuaciones de temperatura. Esto debe tenerse en cuenta durante la instalación. En primer lugar, hay que asegurarse de que la vivienda esté bien aislada; de lo contrario, pueden ocurrir fallos imprevistos en el funcionamiento del sistema.

El sistema de calefacción con paneles solares es un circuito cerrado con un fluido térmico que circula por él.

Para cada región se prevé una opción óptima de instalación del equipo. El cálculo se basa en el mismo grado de insolación. Según las reglas de uso, el colector debe colocarse de modo que el ángulo de incidencia de los rayos solares sobre su superficie sea de 90°.

Solo en este caso el rendimiento del sistema será máximo. Se puede lograr una precisión absoluta al instalar los paneles midiendo la latitud del lugar.

Un factor importante será la dirección en la que se colocan los paneles. Debido a que el mayor nivel de potencia se alcanza principalmente al mediodía, conviene orientar los paneles hacia el sur. Se permiten algunas desviaciones durante la instalación, hacia el este o el oeste, pero no demasiado.

Además, a menudo se observa una disminución del rendimiento debido a la sombra de los árboles sobre el panel colector. En invierno se recomienda aumentar el ángulo de inclinación de los paneles solares, lo que mejorará el nivel de rendimiento del sistema.

Paso #1. Selección del ángulo de inclinación

La eficiencia de los colectores depende principalmente del ángulo de inclinación del panel con respecto a la superficie horizontal. Para una óptima absorción de luz, se recomienda mantener una inclinación de alrededor de 45°.

El ángulo de inclinación óptimo del panel solar depende de la temporada. Es bueno que el dispositivo esté equipado con un mecanismo para ajustar el ángulo.

El acimut debe mantenerse en 0° (dirección directa al sur). Se permiten algunas desviaciones de 30-40° para una mejor insolación. Para aumentar la rigidez, existen estructuras especiales de aluminio.

Esto es especialmente característico para la instalación de colectores en techos inclinados. Evitarán cambios en los parámetros establecidos debido a fenómenos meteorológicos, y la rápida velocidad de instalación, utilizando ganchos y perfiles de fijación, ahorrará tiempo.

Paso #2. Construcción del circuito primario

En la primera etapa se realiza el montaje de todos los componentes de calefacción: calderas, compresores, conductos de calor, etc. Para mayor comodidad, se recomienda colocar los elementos del sistema en un lugar de fácil acceso. Al montar el tanque de expansión, se debe tener en cuenta que no haya obstáculos entre este y los colectores.

La temperatura dentro del tanque se mide mediante un sensor de temperatura. Se debe fijar a la parte inferior del depósito.

El siguiente paso será la organización del sistema de ventilación. Al montar el circuito, es necesario crear una purga de aire que salga del tanque de expansión. La mejor solución será llevar la comunicación al tejado. Esto ayudará a regular las diferencias de presión dentro del sistema de calefacción.

Los paneles solares – son parte del sistema de calefacción, que además de ellos debe incluir calderas, bombas centrífugas, tuberías, etc.

El proceso de movimiento del líquido dentro del ACS depende de la bomba de circulación. Se recomienda utilizarlo solo para sistemas con circuito de agua cerrado. Además, para facilitar el cambio de líquido, el tanque de expansión debe estar equipado con un sistema de drenaje. Para ello, es adecuado instalar una válvula en alguna parte de la parte inferior del dispositivo.

Paso #3. Comprender las particularidades de funcionamiento

El sistema solar funciona con una red de 220 V. Cada modelo tiene un esquema de conexión único que se incluye en el kit.

El cableado debe estar cuidadosamente aislado, y los termorreguladores y todo tipo de relés deben colocarse en un lugar exclusivamente seco. Para una mejor hermeticidad, se recomienda proteger el equipo con material hidrofóbico.

Asegúrese de que el sistema tenga conexión a tierra. Esto lo protegerá de situaciones peligrosas para la vida.

Paso #4. Elección del método de conexión de los elementos

La soldadura de los circuitos de cobre y las piezas eléctricas debe realizarse utilizando una pasta de soldadura especial. Antes de eso, se deben limpiar las uniones. Es mejor hacerlo con un cepillo de acero.

Los elementos que van al tanque de distribución (tuberías, serpentines) se sueldan o se atornillan, después de haber cortado la rosca previamente. Es importante entender que la tubería con líquido frío debe conectarse a la parte inferior del tanque, y la de líquido caliente, a la parte superior.

Paso #5. Instalación de los paneles solares

Etapa preparatoria: qué se necesita preparar para la instalación.

A continuación, sigue el proceso de instalación de las baterías solares. La instrucción para el montaje de 2 paneles es adecuada para la fijación de cualquier cantidad de colectores solares: el principio de montaje no cambia. Lo principal – es encontrar el área para la instalación.

Última etapa – prueba del sistema.

Información adicional sobre la instalación y conexión de paneles solares se presenta en los artículos:

1. Esquemas y formas de conectar paneles solares: cómo realizar correctamente la instalación de un panel solar
2. Esquema de conexión de paneles solares: al controlador, a la batería y a sistemas con mantenimiento

Conclusiones y video útil sobre el tema

Aplicación de paneles solares en sistemas de comunicación autónomos:

Demostración de productos de uno de los líderes en la fabricación de paneles solares:

Principio de diseño y funcionamiento del colector de vacío:

Los sistemas solares mejoran cada año los indicadores de conversión de energía solar. Los desarrolladores ya ofrecen una gran variedad de colectores de tipo plano y tubular, con uso de recubrimiento de cuarzo o módulos monocristalinos.

Todo esto actualiza gradualmente las fuentes de energía alternativas, por lo que la energía solar pronto estará al alcance de todos.

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