Métodos de aquecimento solar de uma casa particular

O princípio de operação de uma usina de energia solar em casa

Uma usina de energia solar é um sistema composto por painéis, um inversor, uma bateria e um controlador. O painel solar transforma a energia radiante em eletricidade (como mencionado acima). A corrente contínua entra no controlador, que distribui a corrente para os consumidores (por exemplo, um computador ou iluminação).Um inversor converte corrente contínua em corrente alternada e alimenta a maioria dos eletrodomésticos. A bateria armazena energia que pode ser usada à noite.

Descrição do vídeo

Um bom exemplo de cálculos mostrando quantos painéis são necessários para fornecer uma fonte de alimentação autônoma, veja este vídeo:

Como a energia solar é usada para gerar calor

Os sistemas solares são usados ​​para aquecimento de água e aquecimento doméstico. Eles podem fornecer calor (a pedido do proprietário) mesmo quando a estação de aquecimento terminar e fornecer água quente à casa gratuitamente. O dispositivo mais simples são os painéis de metal que são instalados no telhado da casa. Eles acumulam energia e água quente, que circula por canos escondidos sob eles. O funcionamento de todos os sistemas solares baseia-se neste princípio, apesar de serem estruturalmente diferentes uns dos outros.

Os coletores solares consistem em:

• tanque de armazenamento;
• estação de bombeamento;
• controlador
• tubulações;
• acessórios.

De acordo com o tipo de construção, os coletores planos e a vácuo são diferenciados. No primeiro, o fundo é coberto com material isolante de calor e o líquido circula por tubos de vidro. Os coletores de vácuo são altamente eficientes porque as perdas de calor são mínimas. Este tipo de coletor fornece não apenas aquecimento solar de uma casa particular - é conveniente usá-lo para sistemas de água quente e aquecimento de piscinas.

O princípio de funcionamento do coletor solar

Fabricantes populares de painéis solares

Na maioria das vezes, os produtos da Yingli Green Energy e Suntech Power Co. são encontrados nas prateleiras.Os painéis HiminSolar (China) também são populares. Seus painéis solares produzem eletricidade mesmo em tempo chuvoso.

A produção de baterias solares também foi estabelecida por um fabricante nacional. As seguintes empresas fazem isso:

• Hevel LLC em Novocheboksarsk;
• "Telecom-STV" em Zelenograd;
• Sun Shines (Autonomous Lighting Systems LLC) em Moscou;
• JSC "Fábrica Ryazan de Dispositivos Metalocerâmicos";
• CJSC "Termotron-zavod" e outros.

Você sempre pode encontrar uma opção adequada para o preço. Por exemplo, em Moscou para painéis solares para uma casa, o custo varia de 21.000 a 2.000.000 de rublos. O custo depende da configuração e potência dos dispositivos.

Os painéis solares nem sempre são planos - existem vários modelos que focam a luz em um ponto

Etapas de instalação da bateria

1. Para instalar os painéis, é escolhido o local mais iluminado - na maioria das vezes, são os telhados e as paredes dos edifícios. Para que o dispositivo funcione da maneira mais eficiente possível, os painéis são montados em um determinado ângulo em relação ao horizonte. O nível de escuridão do território também é levado em consideração: objetos ao redor que podem criar uma sombra (edifícios, árvores, etc.)
2. Os painéis são instalados usando sistemas de fixação especiais.
3. Em seguida, os módulos são conectados à bateria, controlador e inversor, e todo o sistema é ajustado.

Para a instalação do sistema, sempre é desenvolvido um projeto pessoal, que leva em consideração todas as características da situação: como os painéis solares serão instalados no telhado da casa, preço e prazos. Dependendo do tipo e escopo do trabalho, todos os projetos são calculados individualmente. O cliente aceita o trabalho e recebe uma garantia por ele.

A instalação de painéis solares deve ser realizada por profissionais e em conformidade com as medidas de segurança.

Como resultado - as perspectivas para o desenvolvimento de tecnologias solares

Se na Terra a operação mais eficiente dos painéis solares é prejudicada pelo ar, que até certo ponto dispersa a radiação do Sol, no espaço não há esse problema. Os cientistas estão desenvolvendo projetos para satélites orbitais gigantes com painéis solares que funcionarão 24 horas por dia. A partir deles, a energia será transmitida para os dispositivos receptores de terra. Mas isso é uma questão do futuro e, para as baterias existentes, os esforços são direcionados para melhorar a eficiência energética e reduzir o tamanho dos dispositivos.

3 tipos principais

Grandes instalações são capazes de fornecer eletricidade a toda a casa e, se necessário, aquecê-la completamente. Mas isso se aplica apenas a pequenas casas particulares, elas não poderão aquecer edifícios de vários andares.

Quanto ao equipamento, pode variar de acordo com o modelo. Como regra, o conjunto básico inclui:

• coletor solar a vácuo;
• um controlador especial que monitora a eficiência do trabalho;
• uma bomba com a qual o refrigerante é fornecido;
• um tanque com um volume de 500-1000 litros para água quente;
• aquecedor elétrico ou bomba de calor.

Antes de instalar os coletores, é necessário calcular quanta energia eles precisam para satisfazer plenamente todas as necessidades. Ao calcular, vale a pena considerar a área de uma casa particular, o número de pessoas que moram e o consumo de energia. Por exemplo, para uma família pequena de três, em média, serão necessários de 200 a 500 W/m² por mês.

Se você planeja fornecer água quente a uma casa, os custos de energia aumentarão.Para eficiência, você pode fazer uma versão combinada do sistema de aquecimento. Neste caso, as famílias estarão seguradas e não ficarão sem aquecimento em situações de emergência e imprevistos.

Aquecimento faça você mesmo em uma casa particular: a melhor opção

No esquema de aquecimento a vapor de uma casa residencial de um ou dois andares, existe uma caldeira de aquecimento, radiadores e um circuito fechado de tubos através dos quais circula um líquido aquecido a uma determinada temperatura (anticongelante, água). Para um edifício de um andar, o sistema de gravidade mais simples é adequado, cujo princípio de operação é baseado nas leis da física.

Nele, o refrigerante circula por gravidade devido à pressão hidráulica obtida pela combinação:

• tubos de vários diâmetros;
• inclusão no circuito de um tanque de expansão do tipo fechado (expansomat) ou aberto;
• diferença de altura entre os dutos de retorno (retorno) e direto (suprimento).

Para casas de grande área de qualquer número de andares (1-2 andares), é escolhido um esquema de aquecimento com circulação forçada:

• bombear;
• tanque de expansão de qualquer tipo, instalado próximo a uma caldeira de combustível sólido (tipo membrana) ou na parte superior do circuito de aquecimento (aberto).

Sistema de aquecimento do coletor

A maior eficiência e retorno pode ser alcançada com a instalação de coletores em vez de módulos solares - instalações externas nas quais a água é aquecida sob a ação da radiação solar. Tal sistema é mais lógico e natural, pois não requer aquecimento do refrigerante por outros dispositivos.

Considere o design e o princípio de operação de dispositivos de dois tipos principais: planos e tubulares.

Versão plana para bricolage

O design das instalações planas é tão simples que artesãos experientes montam análogos de artesanato com as próprias mãos, comprando algumas das peças em uma loja especializada e construindo algumas com material improvisado.

Dentro de uma caixa isolada de aço ou alumínio, é fixada uma placa que absorve o calor solar. Na maioria das vezes, é coberto com uma camada de cromo preto. A parte superior do dissipador de calor é protegida por uma tampa transparente selada.

A água é aquecida em tubos colocados em uma cobra e conectados à placa. Água ou anticongelante entra na caixa através do tubo de entrada, aquece nos tubos e se move para a saída - para o tubo de saída.

A transmissão de luz da tampa se deve ao uso de um material transparente - vidro temperado ou plástico durável (por exemplo, policarbonato). Para evitar que os raios do sol reflitam, a superfície de vidro ou plástico é fosca (+)

Existem dois tipos de conexão, um tubo e dois tubos, não há diferença fundamental na escolha. Mas há uma grande diferença em como o refrigerante será fornecido aos coletores - gravidade ou usando uma bomba. A primeira opção é reconhecida como ineficiente devido à baixa velocidade de movimento da água; de acordo com o princípio do aquecimento, assemelha-se a um recipiente para um banho de verão.

A operação da segunda opção ocorre devido à conexão de uma bomba de circulação, que fornece o refrigerante à força. O sistema de energia solar pode se tornar uma fonte de energia para o funcionamento de equipamentos de bombeamento.

A temperatura do refrigerante quando aquecido por um coletor solar atinge 45-60 ºС, na saída o indicador máximo é de 35-40 ºС.Para aumentar a eficiência do sistema de aquecimento, juntamente com os radiadores, são utilizados “pisos quentes” (+)

Coletores tubulares - uma solução para as regiões do norte

O princípio geral de operação se assemelha ao funcionamento das contrapartes planas, mas com uma diferença - os tubos de troca de calor com o refrigerante estão dentro dos frascos de vidro. Os próprios tubos são de penas, selados de um lado e assemelhando-se a penas na aparência, e coaxiais (vácuo), inseridos um no outro e selados em ambos os lados.

Os trocadores de calor também são diferentes:

• um sistema de conversão de energia solar em energia térmica Heat-pipe;
• um tubo convencional para mover um refrigerante tipo U.

O segundo tipo de trocador de calor é reconhecido como mais eficiente, mas não é popular o suficiente devido ao custo dos reparos: se um tubo falhar, toda a seção terá que ser substituída.

O tubo de calor não faz parte de um segmento inteiro, portanto pode ser trocado em 2-3 minutos. Os elementos coaxiais com falha são reparados simplesmente removendo o plugue e substituindo o canal danificado.

Esquema explicando a natureza cíclica do processo de aquecimento dentro dos tubos de vácuo: o líquido frio aquece e evapora sob a influência do calor solar, dando lugar à próxima porção do refrigerante frio (+)

Depois de analisar as características técnicas dos coletores de vários tipos e resumir a experiência de seu uso, decidimos que os coletores planos são mais adequados para as regiões do sul e os tubulares para as do norte. Especialmente bem comprovado nas condições de clima severo da instalação com o sistema Heat-pipe. Eles têm uma capacidade de aquecimento mesmo em dias nublados e à noite, "alimentando-se" com uma quantidade mínima de luz solar.

Um exemplo de esquema padrão para conectar coletores solares a equipamentos de caldeira: uma estação de bombeamento circula a água, um controlador regula o processo de aquecimento

Aumentando a eficiência dos módulos solares

A eficiência dos sistemas solares pode ser melhorada usando um dos seguintes métodos:

1. Alterando a localização dos módulos. Às vezes, para aumentar a eficiência, bastará posicionar corretamente os módulos em relação ao vetor de diretividade dos raios solares. Isso geralmente requer a implantação de todos os módulos ao sul. Se o dia na região for longo, você também pode usar as superfícies voltadas para o lado leste e oeste - também há luz suficiente que é convertida em energia.
2. Alteração do ângulo de inclinação. A documentação dos módulos sempre indica o ângulo de inclinação recomendado no qual a eficiência do sistema será máxima. Na prática, esse valor pode variar significativamente dependendo da localização geográfica e de outras características individuais.
3. Selecionando um local para instalação. Na maioria das vezes, os módulos solares são instalados no telhado de um edifício - esta é a opção mais fácil, acessível e óbvia, mas não a mais eficaz. O melhor a fazer é preparar previamente uma base giratória e instalar nela os painéis para que os aparelhos acompanhem os raios do sol à medida que se movem.

O último ponto merece atenção especial. Claro, os módulos instalados no telhado não são inúteis - afinal, não há obstáculos para os raios solares neste caso, então eles alcançam facilmente o dispositivo e são convertidos no tipo de energia necessário.

O problema é que a disposição dos módulos perpendiculares aos raios solares tem a máxima eficiência em um curto período de tempo.

Dispositivos rotativos que rastreiam a direção atual dos feixes permitem que você se livre de tais problemas. É verdade que esses dispositivos também têm lados negativos - em particular, estamos falando do custo extremamente alto dos sistemas rotativos. Além disso, em alguns casos, a aquisição de tais equipamentos não afeta de forma alguma a eficiência do sistema - por exemplo, se as condições climáticas não forem devidamente consideradas. Os custos neste caso serão completamente inadequados.

De acordo com cálculos aproximados, para que os elementos rotativos paguem, seu número deve ser pelo menos oito. Claro, você pode usar um número menor de módulos (cerca de 3-4), mas eles serão uma compra lucrativa somente se você conectá-los diretamente à bomba de água; em outros casos, o aumento da eficiência será insignificante.

Cálculo da eficiência energética dos painéis solares

Ao calcular a área necessária de painéis solares, deve-se levar em consideração que um metro quadrado desses equipamentos fornecerá cerca de 120 watts à sua rede. Agora ande pela sua casa e estime quanta energia seus eletrodomésticos e equipamentos domésticos têm. Também seria razoável estimar quanta economia de energia pode ser obtida substituindo alguns dispositivos por outros energeticamente eficientes. Depois disso, você pode começar a calcular o número e a área necessários de painéis solares, tentando levar em conta o tempo de atividade solar em sua área.

Aquecendo uma casa particular a partir de energia solar

Além de extrair eletricidade da energia solar, nossa luminária pode muito bem aquecer sua casa. Claro, você pode usar a maneira mais simples e conectar o sistema de aquecimento elétrico aos painéis solares. Mas provavelmente será bastante ineficiente, especialmente devido ao número não muito grande de dias ensolarados por ano em nossas latitudes.

Seria melhor combinar um sistema de geração de eletricidade usando painéis solares e um sistema de aquecimento autônomo baseado no aquecimento do líquido com calor solar, que então entra nos radiadores de aquecimento de sua casa.

Como funciona o aquecimento solar

Os coletores de aquecimento serão o elo chave em um sistema de aquecimento solar autônomo. São dispositivos especializados que, com perdas mínimas, transferem a energia radiante solar para um refrigerante, que pode ser água ou um anticongelante especial.

circuito aquecedor solar

Uma vantagem importante de uma abordagem de alta tecnologia é que esse sistema funcionará efetivamente mesmo nas condições climáticas mais severas, sua eficiência não diminui mesmo em temperaturas externas negativas baixas.

Tais sistemas, também chamados de coletores solares, provaram-se, por exemplo, nas regiões do norte da China - em áreas com clima muito severo. Além disso, nessas regiões eles são instalados até em prédios de apartamentos.

Após o aquecimento no coletor, o refrigerante geralmente entra no tanque de armazenamento, que é equipado com excelente isolamento térmico. A temperatura do líquido em tal tanque é mantida por um longo tempo.Se a água da torneira comum for usada como transportador de calor, além do aquecimento, esse líquido também pode ser usado para fins domésticos, por exemplo, para lavar ou lavar pratos.

Normas e requisitos para aquecimento autônomo

Antes de projetar uma estrutura de aquecimento, é necessário examinar o SNiP 2.04.05-91, que estabelece os requisitos básicos para tubos, aquecedores e válvulas.

As normas gerais resumem-se a garantir que a casa tenha um microclima confortável para as pessoas que nela vivem, para equipar adequadamente o sistema de aquecimento, tendo previamente elaborado e aprovado o projeto.

Muitos requisitos são formulados na forma de recomendações no SNiP 31-02, que regulamenta as regras para a construção de casas unifamiliares e seu fornecimento de comunicações.

Separadamente, são estipuladas disposições relacionadas à temperatura:

• os parâmetros do refrigerante nos tubos não devem exceder + 90ºС;
• indicadores ideais estão dentro de + 60-80ºС;
• a temperatura da superfície externa dos dispositivos de aquecimento localizados na zona de acesso direto não deve exceder 70ºС.

Recomenda-se que as tubulações dos sistemas de aquecimento sejam feitas de tubos de latão, cobre e aço. O setor privado utiliza principalmente produtos tubulares de polímero e metal-plástico aprovados para uso na construção.

As tubulações dos circuitos de aquecimento de água são mais frequentemente colocadas de maneira aberta. A colocação oculta é permitida ao instalar "pisos quentes"

O método de colocação da tubulação de aquecimento pode ser:

• abrir. Envolve a colocação em estruturas de construção com fixação com grampos e grampos. É permitido ao construir circuitos de tubos de metal.O uso de análogos de polímeros é permitido se forem excluídos seus danos por impacto térmico ou mecânico.
• Escondido. Envolve a colocação de tubulações em estroboscópios ou canais selecionados em estruturas de edifícios, em rodapés ou atrás de telas protetoras e decorativas. O contorno monolítico é permitido em edifícios projetados para pelo menos 20 anos de operação e com uma vida útil das tubulações de pelo menos 40 anos.

A prioridade é o método aberto de assentamento, pois o desenho da rota do duto deve fornecer acesso livre a qualquer elemento do sistema para reparo ou substituição.

Os tubos são escondidos em casos raros, apenas quando tal solução é ditada por necessidade tecnológica, higiênica ou construtiva, por exemplo, ao instalar “pisos quentes” em uma mesa de concreto.

Ao colocar a tubulação de sistemas com movimento natural do refrigerante, é necessário observar uma inclinação de 0,002 - 0,003. Tubulações de sistemas de bombeamento, dentro dos quais o refrigerante se move a uma velocidade de pelo menos 0,25 m/s, não precisam fornecer inclinações

No caso de colocação aberta da rede, as secções que atravessam as instalações não aquecidas devem ser providas de isolamento térmico correspondente aos dados climáticos da região de construção.

Tubulações de aquecimento autônomas do tipo circulação natural devem ser instaladas na direção do movimento do refrigerante, para que a água aquecida chegue às baterias por gravidade e, após o resfriamento, desloque-se ao longo da linha de retorno à caldeira da mesma maneira. As redes dos sistemas de bombeamento são construídas sem inclinação, porque. não é necessário.

O uso de vários tipos de tanques de expansão é estipulado:

• aberto, utilizado para sistemas com bombeamento e forçamento natural, deve ser instalado acima do riser principal;
• dispositivos de membrana fechada, utilizados exclusivamente em sistemas forçados, são instalados na linha de retorno em frente à caldeira.

Os tanques de expansão são projetados para compensar a expansão térmica do líquido quando aquecido. Eles são necessários para descarregar o excesso no esgoto ou brega na rua, como é o caso das opções abertas mais simples. As cápsulas fechadas são mais práticas, pois não requerem intervenção humana no ajuste da pressão do sistema, porém mais caras.

Um tanque de expansão do tipo aberto é instalado no ponto mais alto do sistema. Além de fornecer uma reserva para a expansão do líquido, também é responsável pela remoção do ar. Tanques fechados são colocados na frente da caldeira, saídas de ar e separadores são usados ​​para remover o ar

Na escolha das válvulas de fechamento, dá-se preferência às válvulas de esfera, ao escolher uma unidade de bombeamento - equipamento com pressão de até 30 kPa e capacidade de até 3,0 m3 / h.

As variedades de abertura do orçamento precisam ser reabastecidas periodicamente devido ao desgaste padrão do fluido. Sob sua instalação, é necessário fortalecer significativamente o piso do sótão e isolar o sótão.

Recomenda-se que radiadores e convectores sejam montados sob janelas, em locais convenientes para manutenção. O papel dos elementos de aquecimento em banheiros ou banheiros pode ser desempenhado por toalheiros aquecidos conectados a comunicações de aquecimento

Acúmulo de calor em rocha quente, concreto, seixos, etc.

A água tem uma das maiores capacidades de calor - 4,2 J / cm3 * K, enquanto o concreto tem apenas um terço desse valor.O concreto, por outro lado, pode ser aquecido a temperaturas muito mais altas de 1200C por, por exemplo, aquecimento elétrico e, portanto, tem uma capacidade geral muito maior. Seguindo o exemplo abaixo, um cubo isolado de aproximadamente 2,8 m de diâmetro pode fornecer calor armazenado suficiente para uma casa atender 50% da demanda de aquecimento. Em princípio, isso poderia ser usado para armazenar o excesso de energia eólica ou térmica fotovoltaica devido à capacidade do aquecimento elétrico de atingir altas temperaturas.

Em nível de condado, o projeto Wiggenhausen-Süd na cidade alemã de Friedrichshafen atraiu a atenção internacional. Trata-se de uma unidade de armazenamento térmico de concreto armado de 12.000 m3 (420.000 pés cúbicos) conectada a um complexo de coletores solares de 4.300 m2 (46.000 pés quadrados) que fornece metade das necessidades de água quente e aquecimento de 570 residências.

A Siemens está construindo uma instalação de armazenamento de calor perto de Hamburgo com capacidade de 36 MWh, consistindo de basalto aquecido a 600C e gerando 1,5 MW de energia. Um sistema semelhante está planejado para construção na cidade dinamarquesa de Sorø, onde 41-58% do calor armazenado com capacidade de 18 MWh será transferido para o aquecimento urbano da cidade e 30-41% como eletricidade.

ft.), cobrindo metade da necessidade de água quente e aquecimento para 570 casas. A Siemens está construindo uma instalação de armazenamento de calor perto de Hamburgo com capacidade de 36 MWh, consistindo de basalto aquecido a 600C e gerando 1,5 MW de energia. Um sistema semelhante está planejado para construção na cidade dinamarquesa de Sorø, onde 41-58% do calor armazenado com capacidade de 18 MWh será transferido para o aquecimento urbano da cidade e 30-41% como eletricidade.

Informações básicas sobre coletores solares caseiros

As unidades profissionais têm uma eficiência de cerca de 80-85%, mas você precisa levar em consideração o fato de que elas são bastante caras e quase todos podem comprar materiais para montar um coletor caseiro.

A este respeito, tudo depende dos recursos de design, que são determinados e calculados individualmente.

A montagem da unidade não requer ferramentas difíceis de usar e de difícil acesso e materiais caros.

coletor solar

Ferramentas de bricolage para coletor solar

1. Perfurador.
2. Furadeira elétrica.
3. Um martelo.
4. Serra.

Existem várias variedades do design considerado. Eles diferem entre si em eficiência e custo final. Em qualquer circunstância, uma unidade caseira custará uma ordem de grandeza mais barata do que um modelo de fábrica com características semelhantes.

Uma das melhores opções é um coletor solar a vácuo. Esta é a opção mais orçamentária e mais fácil na sua execução.