Metodi di riscaldamento solare di una casa privata

Il principio di funzionamento di una centrale solare a casa

Una centrale solare è un sistema composto da pannelli, un inverter, una batteria e un controller. Il pannello solare trasforma l'energia radiante in elettricità (come accennato in precedenza). La corrente continua entra nel controller, che distribuisce la corrente ai consumatori (ad esempio un computer o un'illuminazione).L'inverter converte la corrente continua in corrente alternata e alimenta la maggior parte degli elettrodomestici. La batteria immagazzina energia che può essere utilizzata di notte.

Descrizione video

Un buon esempio di calcoli che mostrano quanti pannelli sono necessari per fornire un'alimentazione autonoma, guarda questo video:

Come viene utilizzata l'energia solare per generare calore

I sistemi solari sono utilizzati per il riscaldamento dell'acqua e il riscaldamento domestico. Possono fornire calore (a richiesta del proprietario) anche al termine della stagione di riscaldamento e fornire gratuitamente acqua calda alla casa. Il dispositivo più semplice sono i pannelli metallici installati sul tetto della casa. Accumulano energia e acqua calda, che circola attraverso tubi nascosti sotto di loro. Il funzionamento di tutti i sistemi solari si basa su questo principio, nonostante possano essere strutturalmente differenti tra loro.

I collettori solari sono costituiti da:

• serbatoio di stoccaggio;
• stazione di pompaggio;
• controllore
• condutture;
• raccordi.

In base alla tipologia costruttiva si distinguono i collettori piani e sottovuoto. Nel primo, il fondo è ricoperto di materiale termoisolante e il liquido circola attraverso tubi di vetro. I collettori sottovuoto sono altamente efficienti perché le perdite di calore sono ridotte al minimo. Questo tipo di collettore fornisce non solo il riscaldamento solare di una casa privata, ma è conveniente utilizzarlo per i sistemi di acqua calda e il riscaldamento delle piscine.

Il principio di funzionamento del collettore solare

Produttori popolari di pannelli solari

Molto spesso, i prodotti di Yingli Green Energy e Suntech Power Co. si trovano sugli scaffali.Anche i pannelli HiminSolar (Cina) sono popolari. I loro pannelli solari producono elettricità anche in caso di pioggia.

Anche la produzione di batterie solari è stata avviata da un produttore nazionale. Le seguenti aziende fanno questo:

• Hevel LLC a Novocheboksarsk;
• "Telecom-STV" a Zelenograd;
• Sun Shines (Autonomous Lighting Systems LLC) a Mosca;
• JSC "Impianto di Ryazan di dispositivi metallo-ceramici";
• CJSC "Termotron-zavod" e altri.

Puoi sempre trovare un'opzione adatta per il prezzo. Ad esempio, a Mosca per i pannelli solari per una casa, il costo varierà da 21.000 a 2.000.000 di rubli. Il costo dipende dalla configurazione e dalla potenza dei dispositivi.

I pannelli solari non sono sempre piatti: esistono numerosi modelli che focalizzano la luce in un punto

Passaggi per l'installazione della batteria

1. Per installare i pannelli, viene scelto il luogo più illuminato: molto spesso si tratta di tetti e pareti di edifici. Affinché il dispositivo funzioni nel modo più efficiente possibile, i pannelli sono montati ad una certa angolazione rispetto all'orizzonte. Viene preso in considerazione anche il livello di oscurità del territorio: oggetti circostanti che possono creare un'ombra (edifici, alberi, ecc.)
2. I pannelli vengono installati utilizzando speciali sistemi di fissaggio.
3. Quindi i moduli vengono collegati alla batteria, al controller e all'inverter e l'intero sistema viene regolato.

Per l'installazione dell'impianto viene sempre sviluppato un progetto personale, che tiene conto di tutte le caratteristiche della situazione: come verranno installati i pannelli solari sul tetto di casa, prezzo e condizioni. A seconda del tipo e dell'ambito del lavoro, tutti i progetti vengono calcolati individualmente. Il cliente accetta il lavoro e ne riceve una garanzia.

L'installazione dei pannelli solari deve essere eseguita da professionisti e nel rispetto delle misure di sicurezza.

Di conseguenza - le prospettive per lo sviluppo delle tecnologie solari

Se sulla Terra il funzionamento più efficiente dei pannelli solari è ostacolato dall'aria, che in una certa misura disperde la radiazione solare, nello spazio non ci sono problemi del genere. Gli scienziati stanno sviluppando progetti per satelliti orbitanti giganti con pannelli solari che funzioneranno 24 ore al giorno. Da loro, l'energia verrà trasmessa ai dispositivi di ricezione a terra. Ma questa è una questione di futuro e, per le batterie esistenti, gli sforzi sono volti a migliorare l'efficienza energetica e ridurre le dimensioni dei dispositivi.

3 tipi principali

I grandi impianti sono in grado di fornire elettricità all'intera casa e, se necessario, riscaldarla completamente. Ma questo vale solo per i piccoli cottage privati, non saranno in grado di riscaldare edifici a più piani.

Per quanto riguarda l'equipaggiamento, può variare a seconda del modello. Di norma, il set di base include:

• collettore solare sottovuoto;
• uno speciale controller che monitora l'efficienza del lavoro;
• una pompa con cui viene fornito il liquido di raffreddamento;
• un serbatoio con un volume di 500-1000 litri per l'acqua calda;
• riscaldatore elettrico o pompa di calore.

Prima di installare i collettori è necessario calcolare quanta potenza necessitano per soddisfare a pieno tutte le esigenze. Nel calcolo, vale la pena considerare l'area di una casa privata, il numero di persone che vivono e il consumo di energia. Ad esempio, per una piccola famiglia di tre persone, in media, saranno necessari dai 200 ai 500 W/m² al mese.

Se prevedi di fornire acqua calda a una casa, i costi energetici aumenteranno.Per efficienza, puoi realizzare una versione combinata del sistema di riscaldamento. In questo caso le famiglie saranno assicurate e non rimarranno senza riscaldamento in situazioni di emergenza e imprevisti.

Riscaldamento fai-da-te in una casa privata: l'opzione migliore

Nello schema di riscaldamento a vapore di una casa residenziale a un piano o a due piani, c'è una caldaia di riscaldamento, radiatori e un circuito chiuso di tubi attraverso i quali circola un liquido riscaldato a una certa temperatura (antigelo, acqua). Per un edificio a un piano, è adatto il sistema di gravità più semplice, il cui principio di funzionamento si basa sulle leggi della fisica.

In esso il liquido di raffreddamento circola per gravità grazie alla pressione idraulica ottenuta dalla combinazione:

• tubi di vari diametri;
• inclusione nel circuito di un vaso di espansione di tipo chiuso (expansomat) o aperto;
• dislivello tra le tubazioni di ritorno (ritorno) e dirette (di alimentazione).

Per le case di una vasta area di qualsiasi numero di piani (1-2 piani), viene scelto uno schema di riscaldamento a circolazione forzata:

• pompa;
• vaso di espansione di qualsiasi tipo, installato in prossimità di una caldaia a combustibile solido (tipo a membrana) o nella parte alta del circuito di riscaldamento (aperto).

Sistema di riscaldamento a collettori

La massima efficienza e rendimento può essere ottenuto installando collettori al posto dei moduli solari - installazioni esterne in cui l'acqua viene riscaldata sotto l'azione della radiazione solare. Un tale sistema è più logico e naturale, poiché non richiede il riscaldamento del liquido di raffreddamento da parte di altri dispositivi.

Considera il design e il principio di funzionamento dei dispositivi di due tipi principali: piatti e tubolari.

Versione piatta per il fai da te

La progettazione di installazioni piatte è così semplice che artigiani esperti assemblano analoghi artigianali con le proprie mani, acquistando alcune parti in un negozio specializzato e costruendone alcune con materiale improvvisato.

All'interno di un box coibentato in acciaio o alluminio è fissata una piastra che assorbe il calore solare. Molto spesso è ricoperto da uno strato di cromo nero. La parte superiore del dissipatore di calore è protetta da un coperchio trasparente sigillato.

L'acqua viene riscaldata in tubi posti in un serpente e collegati al piatto. L'acqua o l'antigelo entrano nella scatola attraverso il tubo di ingresso, si riscaldano nei tubi e si spostano verso l'uscita - verso il tubo di uscita.

La trasmissione della luce della copertura è dovuta all'uso di un materiale trasparente: vetro temperato o plastica resistente (ad esempio policarbonato). In modo che i raggi del sole non vengano riflessi, la superficie in vetro o plastica è opaca (+)

Esistono due tipi di collegamento, monotubo e bitubo, non vi è alcuna differenza fondamentale nella scelta. Ma c'è una grande differenza nel modo in cui il liquido di raffreddamento verrà fornito ai collettori: gravità o utilizzo di una pompa. La prima opzione è riconosciuta come inefficiente a causa della bassa velocità di movimento dell'acqua; secondo il principio del riscaldamento, assomiglia a un contenitore per una doccia estiva.

Il funzionamento della seconda opzione avviene grazie al collegamento di una pompa di circolazione, che fornisce forzatamente il liquido di raffreddamento. Il sistema a energia solare può diventare una fonte di energia per il funzionamento delle apparecchiature di pompaggio.

La temperatura del liquido di raffreddamento quando riscaldata da un collettore solare raggiunge 45-60 ºС, all'uscita l'indicatore massimo è 35-40 ºС.Per aumentare l'efficienza del sistema di riscaldamento, insieme ai radiatori, vengono utilizzati "pavimenti caldi" (+)

Collettori tubolari: una soluzione per le regioni settentrionali

Il principio generale di funzionamento ricorda il funzionamento delle controparti piatte, ma con una differenza: i tubi di scambio termico con il liquido di raffreddamento si trovano all'interno dei flaconi di vetro. I tubi stessi sono piuma, sigillati su un lato e di aspetto simile a piume, e coassiali (vuoto), inseriti l'uno nell'altro e sigillati su entrambi i lati.

Anche gli scambiatori di calore sono diversi:

• un sistema per la conversione dell'energia solare in energia termica Heat-pipe;
• un tubo convenzionale per lo spostamento di un refrigerante di tipo U.

Il secondo tipo di scambiatori di calore è riconosciuto come più efficiente, ma non abbastanza popolare a causa del costo delle riparazioni: se un tubo si guasta, l'intera sezione dovrà essere sostituita.

L'Heat-pipe non fa parte di un intero segmento, quindi può essere cambiato in 2-3 minuti. Gli elementi coassiali guasti vengono riparati semplicemente rimuovendo il tappo e sostituendo il canale danneggiato.

Un diagramma che spiega la natura ciclica del processo di riscaldamento all'interno dei tubi sottovuoto: il liquido freddo si riscalda ed evapora sotto l'influenza del calore solare, lasciando il posto alla porzione successiva del liquido di raffreddamento freddo (+)

Dopo aver analizzato le caratteristiche tecniche dei collettori di vario tipo e aver riassunto l'esperienza del loro utilizzo, abbiamo deciso che i collettori piani sono più adatti per le regioni meridionali e i collettori tubolari per le regioni settentrionali. Le installazioni con il sistema Heat-pipe si sono dimostrate particolarmente efficaci in climi rigidi. Hanno una capacità di riscaldamento anche nelle giornate nuvolose e di notte, "nutrendosi" di una minima quantità di luce solare.

Un esempio di schema standard per il collegamento di collettori solari alle apparecchiature della caldaia: una stazione di pompaggio fornisce la circolazione dell'acqua, un controller regola il processo di riscaldamento

Aumentare l'efficienza dei moduli solari

L'efficienza dei sistemi solari può essere migliorata utilizzando uno dei seguenti metodi:

1. Modifica della posizione dei moduli. A volte, per aumentare l'efficienza, sarà sufficiente posizionare correttamente i moduli rispetto al vettore di direttività dei raggi solari. Questo di solito richiede la distribuzione di tutti i moduli a sud. Se la giornata nella regione è lunga, puoi anche utilizzare le superfici dirette a est e ovest: c'è anche abbastanza luce che viene convertita in energia.
2. Modifica dell'angolo di inclinazione. La documentazione per i moduli indica sempre l'angolo di inclinazione consigliato al quale l'efficienza del sistema sarà massima. In pratica, questo valore può variare notevolmente a seconda della posizione geografica e di altre caratteristiche individuali.
3. Selezione di una posizione per l'installazione. Molto spesso, i moduli solari sono installati sul tetto di un edificio: questa è l'opzione più semplice, economica e ovvia, ma non la più efficace. È meglio preparare in anticipo una base girevole e installarvi i pannelli in modo che i dispositivi seguano i raggi del sole mentre si muovono.

L'ultimo punto merita un'attenzione particolare. Naturalmente, i moduli installati sul tetto non sono inutili: dopotutto, in questo caso non ci sono ostacoli per i raggi solari, quindi raggiungono facilmente il dispositivo e vengono convertiti nel tipo di energia richiesto.

Il problema è che la disposizione dei moduli perpendicolarmente ai raggi solari ha la massima efficienza in un breve periodo di tempo.

I dispositivi rotanti che tracciano la direzione corrente dei raggi consentono di eliminare tali problemi. È vero, tali dispositivi hanno anche lati negativi, in particolare stiamo parlando del costo estremamente elevato dei sistemi rotanti. Inoltre, in alcuni casi, l'acquisizione di tali apparecchiature non pregiudica in alcun modo l'efficienza del sistema, ad esempio se le condizioni climatiche non sono state adeguatamente prese in considerazione. I costi in questo caso saranno del tutto inappropriati.

Secondo calcoli approssimativi, affinché gli elementi rotanti possano ripagare, il loro numero deve essere almeno otto. Certo, puoi utilizzare un numero minore di moduli (circa 3-4), ma saranno un acquisto redditizio solo se li colleghi direttamente alla pompa dell'acqua, in altri casi l'aumento di efficienza sarà insignificante.

Calcolo dell'efficienza energetica dei pannelli solari

Quando si calcola l'area richiesta dei pannelli solari, è necessario tenere conto del fatto che un metro quadrato di tali apparecchiature fornirà circa 120 watt alla rete. Ora cammina per casa e valuta quanta energia hanno i tuoi elettrodomestici e apparecchiature. Sarebbe anche ragionevole stimare quanti risparmi energetici si possono ottenere sostituendo alcuni dispositivi con altri ad alta efficienza energetica. Dopodiché, puoi iniziare a calcolare il numero e l'area richiesti dei pannelli solari, cercando di tenere conto del tempo di attività solare nella tua zona.

Riscaldamento di una casa privata dall'energia solare

Oltre a estrarre elettricità dall'energia solare, il nostro apparecchio di illuminazione potrebbe anche riscaldare la tua casa. Ovviamente puoi utilizzare il modo più semplice e collegare l'impianto di riscaldamento elettrico ai pannelli solari. Ma molto probabilmente sarà piuttosto inefficiente, soprattutto visto il numero non molto elevato di giornate soleggiate all'anno alle nostre latitudini.

Sarebbe meglio abbinare un sistema per la generazione di energia elettrica tramite pannelli solari e un sistema di riscaldamento autonomo basato sul riscaldamento del liquido con il calore solare, che poi entra nei radiatori di riscaldamento della tua casa.

Come funziona il riscaldamento solare

I collettori di riscaldamento saranno l'elemento chiave di un tale sistema di riscaldamento solare autonomo. Si tratta di dispositivi specializzati che, con perdite minime, trasferiscono l'energia radiante solare a un liquido di raffreddamento, che può essere acqua o uno speciale antigelo.

circuito di riscaldamento solare

Un importante vantaggio di un approccio così high-tech è che un tale sistema funzionerà efficacemente anche nelle condizioni climatiche più severe, la sua efficienza non diminuisce nemmeno a basse temperature esterne negative.

Tali sistemi, chiamati anche collettori solari, si sono dimostrati efficaci, ad esempio, nelle regioni settentrionali della Cina, in aree con un clima molto rigido. Inoltre, in quelle regioni sono installati anche in condomini.

Dopo il riscaldamento nel collettore, il liquido di raffreddamento entra solitamente nel serbatoio di accumulo, che è dotato di un eccellente isolamento termico. La temperatura del liquido in un tale serbatoio viene mantenuta per un periodo piuttosto lungo.Se la normale acqua del rubinetto viene utilizzata come vettore di calore, oltre al riscaldamento, tale liquido può essere utilizzato anche per scopi domestici, ad esempio per lavare o lavare i piatti.

Norme e prescrizioni per il riscaldamento autonomo

Prima di progettare una struttura di riscaldamento, è necessario esaminare SNiP 2.04.05-91, che stabilisce i requisiti di base per tubi, riscaldatori e valvole.

Le norme generali si riducono a garantire che la casa abbia un microclima confortevole per le persone che la abitano, per dotare adeguatamente l'impianto di riscaldamento, avendo preventivamente redatto e approvato il progetto.

Molti requisiti sono formulati sotto forma di raccomandazioni in SNiP 31-02, che regola le regole per la costruzione di case unifamiliari e la loro fornitura con comunicazioni.

Separatamente sono previste disposizioni relative alla temperatura:

• i parametri del liquido di raffreddamento nei tubi non devono superare + 90ºС;
• gli indicatori ottimali sono compresi tra + 60-80ºС;
• la temperatura della superficie esterna dei dispositivi di riscaldamento situati nella zona di accesso diretto non deve superare i 70ºС.

Si raccomanda che le tubazioni degli impianti di riscaldamento siano realizzate in ottone, rame, tubi d'acciaio. Il settore privato utilizza principalmente prodotti tubolari in polimero e metallo-plastica approvati per l'uso nell'edilizia.

Le tubazioni dei circuiti di riscaldamento dell'acqua sono spesso posate in modo aperto. La posa nascosta è consentita durante l'installazione di "pavimenti caldi"

Il metodo di posa della tubazione di riscaldamento può essere:

• aprire. Prevede la posa su strutture edili con fissaggio con clip e morsetti. È consentito quando si costruiscono circuiti da tubi metallici.L'uso di analoghi polimerici è consentito se si esclude il loro danneggiamento da impatto termico o meccanico.
• Nascosto. Si tratta di posare tubazioni in luci stroboscopiche o canali selezionati nelle strutture edilizie, nei battiscopa o dietro schermi protettivi e decorativi. Il contorno monolitico è consentito negli edifici progettati per almeno 20 anni di funzionamento e con una vita utile delle tubazioni di almeno 40 anni.

La priorità è il metodo di posa aperto, perché la progettazione del percorso del gasdotto dovrebbe prevedere il libero accesso a qualsiasi elemento del sistema per la riparazione o la sostituzione.

I tubi sono nascosti in rari casi, solo quando una tale soluzione è dettata da necessità tecnologiche, igieniche o costruttive, ad esempio quando si installano "pavimenti caldi" in un massetto di cemento.

Quando si posa la tubazione di sistemi con movimento naturale del liquido di raffreddamento, è necessario osservare una pendenza di 0,002 - 0,003. Le tubazioni dei sistemi di pompaggio, all'interno delle quali il liquido di raffreddamento si muove a una velocità di almeno 0,25 m/s, non devono prevedere pendenze

In caso di posa a cielo aperto della conduttura, i tratti che attraversano locali non riscaldati devono essere provvisti di isolamento termico corrispondente ai dati climatici della zona di costruzione.

Le tubazioni di riscaldamento autonomo a circolazione naturale devono essere installate nella direzione del movimento del liquido di raffreddamento, in modo che l'acqua riscaldata raggiunga le batterie per gravità e, dopo il raffreddamento, si muova allo stesso modo lungo la linea di ritorno alla caldaia. La rete dei sistemi di pompaggio è costruita senza pendenza, perché. non è necessario.

È previsto l'uso di vari tipi di vasi di espansione:

• aperto, utilizzato sia per impianti con pompaggio che forzante naturale, va installato sopra il montante principale;
• dispositivi a membrana chiusa, utilizzati esclusivamente negli impianti forzati, sono installati sulla linea di ritorno davanti alla caldaia.

I serbatoi di espansione sono progettati per compensare l'espansione termica del liquido quando riscaldato. Sono necessari per scaricare l'eccesso nella fogna o banale nella strada, come nel caso delle opzioni aperte più semplici. Le capsule chiuse sono più pratiche, perché non richiedono l'intervento umano nella regolazione della pressione del sistema, ma sono più costose.

Nel punto più alto dell'impianto è installato un vaso di espansione di tipo aperto. Oltre a fornire una riserva per espandere il liquido, gli è affidato anche il compito di rimuovere l'aria. I serbatoi chiusi sono posti davanti alla caldaia, le prese d'aria e i separatori sono utilizzati per rimuovere l'aria

Quando si scelgono le valvole di intercettazione, viene data preferenza alle valvole a sfera, quando si sceglie un'unità di pompaggio - apparecchiature con una pressione fino a 30 kPa e una capacità fino a 3,0 m3 / h.

Le varietà di apertura di bilancio devono essere reintegrate periodicamente a causa dell'invecchiamento standard del fluido. Sotto la loro installazione, è necessario rafforzare in modo significativo il solaio e isolare l'attico.

Si consiglia di montare radiatori e convettori sotto le finestre, in luoghi convenienti per la manutenzione. Il ruolo degli elementi riscaldanti nei bagni o nei bagni può essere svolto da scaldasalviette collegati alle comunicazioni di riscaldamento

Accumulo di calore in roccia calda, cemento, ciottoli, ecc.

L'acqua ha una delle capacità termiche più elevate - 4,2 J / cm3 * K, mentre il calcestruzzo ha solo un terzo di questo valore.Il calcestruzzo, d'altra parte, può essere riscaldato a temperature molto più elevate di 1200°C, ad esempio mediante riscaldamento elettrico, e quindi ha una capacità complessiva molto più elevata. Seguendo l'esempio seguente, un cubo isolato di circa 2,8 m di diametro può essere in grado di fornire abbastanza calore accumulato per una casa per soddisfare il 50% della domanda di riscaldamento. In linea di principio, questo potrebbe essere utilizzato per immagazzinare energia termica eolica o fotovoltaica in eccesso a causa della capacità del riscaldamento elettrico di raggiungere temperature elevate.

A livello di contea, il progetto Wiggenhausen-Süd nella città tedesca di Friedrichshafen ha attirato l'attenzione internazionale. Si tratta di un'unità di accumulo termico in cemento armato di 12.000 m3 (420.000 piedi cubi) collegata a un complesso di collettori solari di 4.300 m2 (46.000 piedi quadrati) che fornisce metà del fabbisogno di acqua calda e riscaldamento di 570 case.

Siemens sta costruendo un impianto di accumulo di calore vicino ad Amburgo con una capacità di 36 MWh, costituito da basalto riscaldato a 600°C e che genera 1,5 MW di potenza. Un sistema simile è previsto per la costruzione nella città danese di Sorø, dove il 41-58% del calore accumulato con una capacità di 18 MWh sarà trasferito al teleriscaldamento della città e il 30-41% come elettricità.

ft.), coprendo metà del fabbisogno di acqua calda e riscaldamento per 570 case. Siemens sta costruendo un impianto di accumulo di calore vicino ad Amburgo con una capacità di 36 MWh, costituito da basalto riscaldato a 600°C e che genera 1,5 MW di potenza. Un sistema simile è previsto per la costruzione nella città danese di Sorø, dove il 41-58% del calore accumulato con una capacità di 18 MWh sarà trasferito al teleriscaldamento della città e il 30-41% come elettricità.

Informazioni di base sui collettori solari fatti in casa

Le unità professionali hanno un'efficienza di circa l'80-85%, ma è necessario tenere conto del fatto che sono piuttosto costose e quasi tutti possono permettersi di acquistare materiali per assemblare un collezionista fatto in casa.

A questo proposito, tutto dipende dalle caratteristiche del design, che vengono determinate e calcolate individualmente.

L'assemblaggio dell'unità non richiede strumenti di difficile utilizzo e di difficile accesso e materiali costosi.

collettore solare

Strumenti fai da te per collettori solari

1. perforatore.
2. Trapano elettrico.
3. Un martello.
4. Seghetto.

Esistono diverse varietà del design considerato. Differiscono tra loro per efficienza e costo finale. In ogni caso, un'unità fatta in casa costerà un ordine di grandezza in meno rispetto a un modello di fabbrica con caratteristiche simili.

Una delle migliori opzioni è un collettore solare sottovuoto. Questa è l'opzione più economica e più semplice nella sua esecuzione.