Sistemas solares de calefacción: análisis de tecnologías para la instalación de calefacción basada en sistemas solares térmicos
La cuestión de buscar fuentes alternativas de calor se vuelve cada vez más relevante. Esto se debe a los crecientes precios del gas, el carbón y el petróleo. Una dirección muy prometedora son los sistemas solares de calefacción, capaces de calentar eficazmente un espacio durante muchos años.
¿Está pensando en instalar un sistema solar, pero tiene dudas y preguntas? Le ayudaremos a entender cuándo es conveniente utilizar la energía solar para la calefacción y describiremos las posibles opciones de organización de la calefacción. Además, le ofreceremos instrucciones para fabricar sistemas solares caseros: un colector plano y uno tubular.
Contenido del artículo:
- Energía solar: una fuente alternativa de calor
- Dónde será más eficaz una instalación solar
- Posibles opciones de instalación de calefacción solar
- Tipos de instalaciones para convertir la energía solar
- ¿Qué se puede construir por sus propios medios?
- Una vez más sobre la conveniencia
- Conclusiones y video útil sobre el tema
Energía solar: una fuente alternativa de calor
La idea de utilizar la energía solar para calefacción no es nueva. Es más, su conveniencia ha sido demostrada por estadounidenses, chinos, españoles, israelíes y japoneses.
El mercado está repleto de ofertas de diversas instalaciones para convertir la energía solar y su posterior uso para necesidades domésticas.
El costo de los sistemas depende de su tipo, área y material utilizado en su fabricación. Año tras año, se observa una tendencia constante a la baja en los precios de todo tipo de instalaciones solares: sistemas solares.
Esto los hace más accesibles para amplios sectores de la población. Sin embargo, no todos los interesados están dispuestos a realizar dicha compra todavía.
En cambio, si se desea, se puede construir un sistema eficaz de calefacción solar por sí mismo, gastando considerablemente menos dinero.
El sistema de calefacción convencional, que ha funcionado perfectamente durante muchos años, se vuelve cada vez más caro. La causa es el aumento global del precio de los recursos energéticos en todo el mundo. El deseo natural que surge en el propietario es ahorrar en calefacción, que consume una parte significativa del presupuesto familiar.
Así, un sistema de calefacción solar puede reemplazar completamente el convencional de combustible sólido, gas o cualquier otro. Todo depende del tipo y tamaño del espacio en el que se vaya a utilizar.
Una opción adecuada para un granero no servirá para una casa residencial, y un sistema que satisfaga las necesidades de una casa de campo no podrá calentar una mansión de dos pisos.
La sustitución completa de la calefacción tradicional por solar a veces es problemática. El propietario teme que el sistema no pueda hacer frente o que físicamente no haya suficiente espacio para instalar la cantidad necesaria de paneles.
Por lo tanto, a menudo se utiliza un sistema de calefacción combinado, sin renunciar por completo al equipo de gas (eléctrico u otro) ya instalado. El nivel de sustitución de la calefacción convencional por solar puede alcanzar el 90%.
También es importante la cantidad anual de días soleados de la zona donde se encuentra la vivienda. Además, la temperatura media diaria no es tan relevante. Muchas instalaciones absorben luz de manera eficaz en los días fríos de invierno (colectores solares que utilizan anticongelante como fluido térmico).
Dónde será más eficaz una instalación solar
Al considerar la sustitución de la calefacción por una instalación solar, se deben tener en cuenta varios factores que afectan su eficacia.
En primer lugar, es necesario elegir correctamente el tipo de sistema solar. En este aspecto, se debe considerar la superficie del espacio y su finalidad. Generalmente, se trata de una casa particular donde reside una familia de 4 a 5 personas.
En segundo lugar, calcular cuidadosamente las necesidades de calor basándose en el consumo máximo en la temporada fría. Comparar estas cifras con la cantidad de energía producida por 1 m² de instalación solar. Luego quedará calcular el área de la estructura solar capaz de manejar la calefacción del espacio específico.
El valor obtenido será el factor principal para determinar la ubicación del sistema. Por lo general, los propietarios prefieren usar el techo o la pared de la casa. Rara vez utilizan el terreno aledaño o el techo del garaje. A veces, construyen soportes especiales para la instalación del sistema.
Es importante que nada impida la libre penetración de los rayos solares en la superficie absorbente de luz. Hay que elegir la pared sur, sureste o suroeste, o una parte del techo.
Una vez decidido dónde se colocarán los paneles solares, hay que realizar una preparación previa de la vivienda:
- Liberar espacio. Talar las plantaciones sobrantes si estorban.
- Reforzar el techo. Aquí no hay que olvidar el peso que tendrá la estructura prevista.
- Aislar adicionalmente el edificio. Porque no tiene sentido calentar la calle.
En tercer lugar, hay que decidir si comprar o construir el sistema de calefacción por cuenta propia. Todo depende de las posibilidades financieras y de la voluntad de dedicar tiempo a la fabricación de la estructura.
Si se elige la segunda opción, hay que entender el principio de funcionamiento del sistema necesario para ensamblarlo todo correctamente.
Posibles opciones de instalación de calefacción solar
Las opciones para la construcción del sistema de calefacción solar dependen completamente de los deseos del propietario del hogar:
- Uso de productos de fábrica. Compra de colectores prefabricados con instalación y montaje por cuenta propia.
- Construcción de un proyecto piloto. Es necesario para verificar el efecto del uso del sistema y poder realizar cálculos precisos posteriormente.
- Realización independiente del ciclo completo de trabajos. Cálculo, diseño, construcción «desde cero» del sistema solar, y su instalación.
Opción n.º 1. Implica elegir la ubicación correcta de las instalaciones solares, ya que de ello dependerá la eficiencia de su uso. Para el montaje también se requerirán habilidades especiales.
No será necesario calcular la cantidad de paneles; bastará con expresar todos sus deseos a la empresa proveedora del equipo. También habrá que responder a las preguntas aclaratorias de los gerentes; todo, la selección de la cantidad óptima de paneles (colectores) se realizará sin ninguna dificultad.
Opción n.º 2 – construcción de un proyecto piloto. Será la solución óptima para las personas indecisas. Porque es difícil tomar de inmediato la decisión final sobre el reemplazo del sistema de calefacción. Construir un colector solar (de aire o de agua) de pequeño tamaño y probarlo «en acción» será una experiencia útil.
Evaluando los costos reales de fabricación, comparándolos con el valor de mercado de sistemas similares y calculando el ahorro por su uso en el hogar, tomar una decisión responsable será sencillo.
Opción n.º 3 – la elección de los verdaderos maestros.
Para una calefacción completa del inmueble, será necesario realizar un trabajo colosal:
- Calcular el área necesaria del sistema solar.
- Determinar el lugar de la futura instalación y reforzarlo.
- Aislar adicionalmente la vivienda.
- Adquirir todos los elementos para la construcción del sistema.
- Construir un panel solar.
- Instalar el sistema construido, teniendo en cuenta los requisitos principales: el ángulo de inclinación respecto a la incidencia de los rayos solares.
Realizar el ciclo completo de trabajos para la instalación del sistema no puede considerarse una tarea fácil, pero el proceso es extremadamente fascinante. Además, permite ahorrar una suma bastante considerable.
Tipos de instalaciones para convertir la energía solar
Según el principio de funcionamiento, se distinguen dos tipos de dispositivos que absorben la luz solar:
- Paneles solares fotovoltaicos. Son sistemas de elementos semiconductores conectados en serie o en paralelo. Suministran corriente para alimentar calentadores domésticos.
- Colectores solares. Paneles con un sistema de tubos llenos de fluido térmico: aire, mezcla anticongelante o agua. Suministran el fluido calentado por el sol al circuito de calefacción.
Analicemos cada opción por separado.
Paneles solares
El panel solar convierte la luz absorbida en electricidad. Está compuesto por fotocélulas (generalmente de silicio), capaces de extraer corriente eléctrica continua directamente de la radiación solar.
Dicha instalación puede utilizarse para garantizar el funcionamiento de equipos de calefacción eléctrica. Debe conectarse al sistema de suministro eléctrico de la vivienda.
La eficiencia de conversión de la radiación solar de esta instalación es del 5% al 20%, dependiendo del tipo de dispositivo que procesa la radiación solar. El rendimiento de 1 m2 de batería solar es de 120 W.
Queda por calcular cuántos metros cuadrados de superficie se necesitarán para cubrir las necesidades de un hogar específico, según el tamaño de la vivienda, las necesidades individuales de calor y el nivel de aislamiento de las estructuras.
Para la calefacción, lo más eficaz es usar baterías solares en las regiones del sur. Su principal inconveniente es la reducción de la eficiencia en el crepúsculo y el tiempo nublado, y la total falta de funcionalidad durante la noche.
Para fabricar una batería solar con sus propias manos, primero necesitará ensamblar el marco, soldar los elementos solares, luego colocar todo con cuidado y usar sellador.
Para la fabricación del marco se utilizan listones de madera y cantoneras de aluminio. Todo depende del tamaño de la estructura a ensamblar y su lugar de instalación. Los elementos solares (placas de silicio) son la parte más costosa de la estructura. Pueden ser monocristalinos o policristalinos. Los primeros son un poco más caros, pero su rendimiento es un 5% superior.
Hacerlos usted mismo es imposible. Es mejor adquirir los convertidores fotoeléctricos con los conductores ya soldados.
Se deben colocar sobre una base de tablero de fibra de densidad media (MDF), luego fijar en el marco, sacar los cables de los elementos al exterior y sellar todos los orificios con sellador. Dejar que la estructura se seque bien y cubrir con una tapa de vidrio o plástico transparente.
Los diagramas de instalación y los métodos de conexión de los paneles solares se describen en este artículo.
Colectores solares
Un método fundamentalmente diferente de conversión de la luz absorbida en los colectores. La base de su funcionamiento es el fluido térmico que circula por los tubos.
Dependiendo de la construcción, se pueden distinguir tres tipos principales de colectores, más comúnmente utilizados para construir un sistema de calefacción solar:
- Planos. El receptor de calor (absorbedor) está hecho de chapa metálica con superficie exterior ennegrecida. Al calentarse, transfiere energía al fluido caloportador del sistema de calefacción.
- Al vacío. El sistema colector de tipo al vacío está diseñado según el principio de los termos, gracias a lo cual conserva casi el doble del calor recibido del sol.
- Concentradores. El dispositivo está equipado con una pieza reflectante cóncava de gran superficie, que enfoca la luz solar en una pequeña área del absorbedor.
Las instalaciones solares más comunes en el hogar cuentan con un sistema de tubos, dispuestos como elementos conectados en paralelo o en serpentín. Los tubos se llenan con agua técnica, o una mezcla de agua con líquido anticongelante o aire.
La instalación de aire puede usarse como fuente adicional de calefacción. No puede proporcionar completamente calor a la vivienda independientemente de la región donde se ubique. La característica principal de este tipo de sistema solar es que el aire actúa como fluido caloportador.
Los sistemas de tubos se utilizan bastante activamente para calefacción durante todo el año. El anticongelante o una mezcla de anticongelante se calienta bajo los rayos solares, luego pasa por los tubos internos de intercambio de calor y luego se dirige al tanque de almacenamiento.
El movimiento del líquido es estimulado por una bomba, gracias a la cual se desplaza desde el tanque al sistema de calefacción. El fluido caloportador caliente desplaza la parte enfriada del líquido, que debe regresar al colector para calentarse nuevamente.
El principio de funcionamiento del sistema solar plano se basa en la penetración de la luz solar dentro del panel, donde se encuentra el absorbedor de calor. Este se calienta y emite calor que se transfiere al líquido que circula por los tubos metálicos (generalmente de cobre).
¿Qué se puede construir por sus propios medios?
Se puede construir un sistema de calefacción solar que utilice un colector de tipo aire por cuenta propia. Lo mejor es colocarlo en la pared sur del edificio.
Cuanto mayor sea el área de la habitación a calentar, mayor será el área que ocupará el colector (posiblemente toda la pared de la casa). También se puede instalar este sistema solar en el ático.
El colector solar que calienta la masa de aire realiza sus funciones de calefacción gracias a las corrientes de aire que pasan por el interior del sistema. El fluido caloportador circula por el circuito, se enfría y vuelve a entrar en el sistema. El movimiento de las corrientes de aire puede ser natural o mediante un ventilador.
En cuanto a los materiales para fabricar el colector de aire, se pueden utilizar diversos medios improvisados. No existe una regla única.
Los aficionados al bricolaje perfeccionan este tipo de sistema solar que se ensambla en casa. Algunos buscan una opción más barata, sacrificando eficiencia, mientras que otros hacen lo contrario.
Veamos los métodos principales.
Características de la instalación de un sistema solar tubular
El sistema solar tubular para calefacción puede utilizarse en diversas regiones. No depende de la temperatura exterior. Lo importante es que la instalación reciba la máxima cantidad de rayos solares.
El anticongelante utilizado como fluido caloportador no se congela a bajas temperaturas. En los días claros de invierno, la cantidad de luz solar supera la que llega en verano.
El colector solar tubular consta de un sistema de tubos de vacío transparentes conectados entre sí. Contienen una sustancia con un punto de ebullición bajo. Al hervir, se evapora, transfiere su calor a la punta de cobre y fluye hacia abajo, donde todo se repite.
Los tubos de vacío absorben hasta el 90% de la radiación solar (visible e infrarroja). La energía solar convertida en térmica llega al fluido caloportador. Este transmite la energía a través del sistema hasta el intercambiador de calor situado en un depósito acumulador especial.
El movimiento del fluido caloportador y del agua en el sistema de calefacción se realiza mediante bombas. Es importante que el depósito tenga un buen aislamiento térmico. Normalmente hay dos intercambiadores: uno conectado a un calentador adicional y el otro a los colectores.
En casas con este tipo de instalaciones solares, es ventajoso conectar adicionalmente un sistema de suelo radiante. Esto permite calentar el edificio de forma más eficiente.
En cuanto a la instalación de los colectores tubulares, se puede realizar por cuenta propia. Lo único es que se debe tener en cuenta el ángulo de inclinación de trabajo, que debe ser de al menos 20°.
No es posible construir una instalación de vacío con sus propias manos – fabricar tubos de vacío en casa es imposible. Esto lo realizan fábricas especializadas en la producción de sistemas solares de vacío.
Instalación solar plana
A menudo, para calefacción se utiliza un colector solar plano.
Para su construcción se necesitarán:
- marco metálico;
- fondo resistente;
- capa de aislamiento térmico;
- capa de absorbedor de radiación solar de color negro (absorbedor);
- tapa transparente – plástico, vidrio;
- tubos para el líquido (cobre, aluminio).
La estructura debe estar equipada con tuberías de entrada y salida y una bomba para una circulación eficiente del líquido.
Se puede instalar un colector plano en cualquier ángulo, condición obligatoria: limpiarlo de nieve y polvo. Es especialmente adecuado para climas cálidos.
En la temporada de frío se observa un bajo rendimiento y altas pérdidas de calor. Esto pone en duda el uso exclusivo de este sistema solar para una calefacción completa. Lo óptimo será utilizar una instalación solar plana junto con calefacción de gas, eléctrica o de combustibles sólidos.
Le sugerimos consultar los artículos sobre el montaje casero de sistemas de calefacción solar:
- Cómo hacer un colector solar para calefacción con sus propias manos: guía paso a paso
- Cómo hacer un panel solar con sus propias manos: métodos de montaje e instalación del panel solar
Una vez más sobre la conveniencia
Es ventajoso utilizar la energía solar para calefacción en lugar de los recursos energéticos convencionales. Dependiendo del tipo de sistema solar elegido, el ahorro en el consumo de calor pagado puede alcanzar hasta el 100%.
La opción de reemplazo completo del sistema de calefacción es el uso de colectores con tubos de vacío. Es un proyecto bastante costoso en la etapa inicial. A largo plazo, puede garantizar la independencia energética total, amortizándose en 6-8 años.
La vida útil de las instalaciones solares es de hasta 25 años. Requieren un mantenimiento mínimo: limpieza periódica de las superficies de nieve, polvo y suciedad. En cuanto a las reparaciones, se pueden realizar por cuenta propia. Un inconveniente importante es que los colectores planos y los paneles solares «temen» a los huracanes.
Este sistema de calefacción es seguro para los residentes y el medio ambiente. Es completamente gratuito y no depende del tipo de cambio ni de los precios de los recursos energéticos.
Conclusiones y video útil sobre el tema
El video mostrará el proceso de construcción artesanal de un panel solar:
Guía visual para la construcción de un sistema de calefacción por aire:
Tecnología para fabricar una instalación solar plana con sus propias manos:
Las instalaciones solares o sistemas de calefacción solar han demostrado su eficacia en todo el mundo. Permiten obtener calor de forma gratuita, reduciendo los gastos de facturas de calefacción en un 30%.
Es posible reemplazar por completo los recursos energéticos con energía solar en su sistema de calefacción. Otra ventaja importante es que usted mismo puede montar una instalación solar.
¿Tiene habilidades prácticas en el montaje o funcionamiento de sistemas de calefacción solar? Comparta sus conocimientos acumulados, haga preguntas sobre el tema y participe en las discusiones. El formulario de comentarios se encuentra a continuación.
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He visto muchos paneles solares en el extranjero. Es un buen ahorro. Vivo en una región del sur. Tenemos muchos días soleados, pero sin embargo el uso de paneles solares no está extendido. Y quiero probar a instalarlos en una casa de campo. Estoy estudiando información al respecto. Todo no es sencillo. Lo más probable es que compre uno ya preparado y lo instale yo mismo. Todavía estoy pensando en ello.
Para las regiones con una gran cantidad de días soleados brillantes al año, la instalación de paneles solares está económicamente justificada, especialmente teniendo en cuenta el actual aumento de los precios de la energía y las crecientes preocupaciones medioambientales. Los propios paneles solares también se abaratan y mejoran gradualmente, por lo que creo que en el futuro también se implementarán ampliamente aquí.
En mi infancia hacíamos paneles solares con nuestras propias manos, ya no recuerdo de qué: si de fotorresistencias o de fotodiodos. Funcionaba. No sé qué tan económicamente viable es esto para Rusia. Las personas (trabajo en redes eléctricas) que pueden hacer un panel solar por sí mismas actúan de manera aún más eficiente desde el punto de vista energético. Simplemente aprenden a detener los contadores eléctricos, negocian con los controladores. Y obtienen energía gratuita sin ningún panel. Es real.