El uso de energía "verde" suministrada por elementos naturales puede reducir significativamente los costos de los servicios públicos. Por ejemplo, al organizar la calefacción solar para una casa privada, suministrará radiadores de baja temperatura y sistemas de calefacción de pisos con transferencia de calor prácticamente gratis. De acuerdo, esto es un ahorro.
Aprenderá todo sobre "tecnologías verdes" en el artículo que hemos propuesto. Con nuestra ayuda, puede comprender fácilmente las variedades de instalaciones solares, cómo construirlas y los detalles de operación. Seguramente interesado en una de las opciones más populares, trabajar intensamente en el mundo, pero no demasiado popular entre nosotros.
En la revisión presentada a su atención, las características de diseño de los sistemas se desmontan, los diagramas de conexión se describen en detalle. Se da un ejemplo del cálculo del circuito de calefacción solar para evaluar las realidades de su construcción. Para ayudar a maestros independientes adjuntan colecciones de fotos y videos.
Tecnologías de generación de calor “verdes”.
En promedio, 1 m 2 de la superficie terrestre recibe 161 vatios de energía solar por hora. Por supuesto, en el ecuador, esta cifra será muchas veces más alta que en el Ártico. Además, la densidad de la radiación solar depende de la época del año.
En la región de Moscú, la intensidad de la radiación solar en diciembre-enero difiere de mayo a julio más de cinco veces. Sin embargo, los sistemas modernos son tan efectivos que pueden funcionar en casi todo el mundo.
Los sistemas solares modernos pueden funcionar con eficacia en climas nublados y fríos hasta -30 ° C
La tarea de utilizar la energía de radiación solar con la máxima eficiencia se resuelve de dos maneras: calentamiento directo en colectores térmicos y células solares fotovoltaicas. Los paneles solares primero convierten la energía de los rayos del sol en electricidad, luego la transfieren a los consumidores a través de un sistema especial, por ejemplo, calderas eléctricas.
Los colectores de calor que se calientan bajo la acción de la luz solar calientan el refrigerante de los sistemas de calefacción y el suministro de agua caliente.
Colectores solares: los principales proveedores de transportadores de calor preparados para su uso en sistemas de calefacción de casas de campo. 
El colector es un sistema de tubos, al descubierto o cerrado, que mejora el efecto de la absorción de la superficie solar. 
Los tubos de aparatos solares abiertos están recubiertos internamente con una composición que atrae los rayos del sol y mejora el efecto 
Las variedades de colectores tubulares se utilizan para calentar todo tipo de refrigerantes que intervienen en los sistemas de calefacción. 
En nuestras latitudes, el calor proveniente del procesamiento de la energía solar no es suficiente para el funcionamiento completo de la calefacción. La forma concéntrica y la lupa de gran tamaño ayudarán a aumentar la productividad 
Las modificaciones de los colectores solares, que permiten atraer la mayor cantidad de luz solar, se producen en forma de concentradores cóncavos con un reflector de espejo. 
Los modelos utilizados para producir energía solar reciclada a gran escala, están equipados con dispositivos que "rastrean" el movimiento del sol. 
Refuerce el rendimiento del sistema no solo cambiando la forma y el uso de los dispositivos de movimiento. Básicamente aumentar, aumentando el área de recepción.
Los colectores térmicos son de varios tipos, incluidos sistemas abiertos y cerrados, estructuras planas y esféricas, colectores hemisféricos, cubos y muchas otras opciones. La energía térmica obtenida de los colectores solares se utiliza para calentar el agua caliente o el medio de calentamiento del sistema de calefacción.
Industria en una amplia gama de sistemas colectores de producción para su inclusión en una red de calefacción independiente. Sin embargo, la opción más simple para dar es fácil de hacer con tu propia mano:
Colectores solares: una de las opciones más sencillas y baratas para hacer aparatos con sus propias manos. 
El colector es una bobina dispuesta de diferentes maneras, conectada a los circuitos de intercambio de calor y al tanque, que sirve como acumulador del refrigerante preparado. 
En la producción independiente de colectores, los tubos de cobre y las bobinas de los refrigeradores son los más utilizados. 
Para aumentar el rendimiento de un receptor de calor solar, la forma del dispositivo cambia, el área de absorción aumenta. 
Una versión bastante común y solicitada del material en cuestión son las tuberías de acero con tees de un sistema de suministro de agua desmantelado o sus contrapartes de plástico. 
Se utilizan activamente botellas de plástico con fondo y cuello recortados. Se utilizan como una caja de guía de luz de un receptor de metal ubicado dentro de las botellas. 
Una solución interesante es el uso de latas de aluminio que anteriormente servían como recipientes para jugos y una amplia gama de bebidas carbonatadas. 
Cabe destacar que las tuberías de polímero son líderes en la producción de dispositivos de calentamiento solar: tanto los flexibles hechos de HDPE o PVC, como los rígidos de PP y PVC.
A pesar de los claros avances en el desarrollo de soluciones para la recolección, el almacenamiento y el uso de la energía solar, existen ventajas y desventajas.
Uso eficiente de la energía solar.
La ventaja más obvia de usar la energía del sol es su disponibilidad general. De hecho, incluso en el clima más sombrío y nublado, la energía solar se puede recolectar y utilizar.
El segundo plus es cero emisiones. De hecho, es la forma de energía más ecológica y natural. Los paneles solares y los colectores no hacen ruido. En la mayoría de los casos, se instala en los techos de los edificios, sin ocupar un área útil de un área suburbana.
La eficiencia del calentamiento solar en nuestras latitudes es bastante baja, lo que se explica por el número insuficiente de días soleados para el funcionamiento regular del sistema (+)
Las desventajas asociadas con el uso de la energía solar, son la inconstancia de la luz. Por la noche, no hay nada que recolectar, la situación se ve agravada por el hecho de que el pico de la temporada de calefacción cae en los días de luz más cortos del año. Es necesario monitorear la pureza óptica de los paneles, una leve contaminación reduce dramáticamente la eficiencia.
Además, no se puede decir que el funcionamiento del sistema con energía solar sea completamente gratuito, existen costos fijos para la depreciación del equipo, el funcionamiento de la bomba de circulación y la electrónica de control.
Una importante falta de calefacción, basada en el uso de colectores solares, es la incapacidad de acumular energía térmica. Solo el tanque de expansión (+) está incluido en el esquema.
Colectores solares abiertos
Un colector solar abierto es un sistema de tubos sin protección contra influencias externas a través del cual circula el transportador de calor calentado directamente por el sol.
El agua, el gas, el aire, el anticongelante se utilizan como portadores de calor. Los tubos se fijan en el panel portador en forma de bobina o se fijan en filas paralelas a la boquilla de salida.
Los colectores solares de tipo abierto no pueden hacer frente al calentamiento de una casa privada. Debido a la falta de aislamiento, el refrigerante se enfría rápidamente. Se utilizan en verano principalmente para calentar agua en duchas o piscinas.
Los colectores abiertos no suelen tener aislamiento. El diseño es muy simple, por lo tanto, tiene un bajo costo y, a menudo, se realiza de forma independiente.
Debido a la falta de aislamiento, prácticamente no ahorran la energía recibida del sol, se distinguen por su baja eficiencia. Se utilizan principalmente en el verano para calentar el agua de las piscinas o duchas de verano.
Se instalan en regiones soleadas y cálidas, con pequeñas diferencias en la temperatura del aire ambiente y el agua caliente. Funcionan bien sólo en clima soleado y tranquilo.
El colector solar más simple con un receptor de calor hecho de tubo de polímero de plástico asegurará el suministro de agua caliente en la casa de campo para el riego y las necesidades domésticas
Variedades de colectores tubulares.
Los colectores solares tubulares se ensamblan a partir de tubos individuales que corren a través de agua, gas o vapor. Esta es una de las variedades de sistemas solares de tipo abierto. Sin embargo, el refrigerante ya está mucho mejor protegido de los negativos externos. Especialmente en instalaciones de vacío, dispuestas según el principio de termos.
Cada tubo está conectado al sistema por separado, paralelos entre sí. Cuando un tubo falla, es fácil cambiarlo por uno nuevo. Toda la estructura se puede montar directamente en el techo del edificio, lo que facilita enormemente la instalación.
El colector tubular tiene una estructura modular. El elemento principal es un tubo de vacío, el número de tubos varía de 18 a 30, lo que le permite elegir con precisión la capacidad del sistema
Una gran ventaja de los colectores solares tubulares reside en la forma cilíndrica de los elementos principales, debido a que la radiación solar se captura durante todo el día sin el uso de costosos sistemas de seguimiento para el movimiento del cuerpo.
El recubrimiento especial de múltiples capas crea una especie de trampa óptica para los rayos solares. El diagrama muestra parcialmente la pared exterior de la bombilla de vacío que refleja los rayos en las paredes de la bombilla interna (+)
Por diseño de tubo, se distinguen colectores solares de plumas y coaxiales.
El tubo coaxial es un vaso Dyaura o todos los termos familiares. Hecho de dos matraces entre los cuales se bombea el aire. Se aplica un recubrimiento altamente selectivo a la superficie interna de la bombilla interna para absorber efectivamente la energía solar.
Cuando el tubo tiene forma cilíndrica, los rayos del sol siempre caen perpendiculares a la superficie.
La energía térmica de la capa selectiva interna se transfiere a la tubería de calor o al intercambiador de calor interno desde las placas de aluminio. En esta etapa, se produce una pérdida de calor no deseada.
El tubo de la fuente es un cilindro de vidrio con un absorbente de plumas insertado en el interior.
El sistema recibió su nombre del absorbedor de plumas, que encierra estrechamente el canal de calor del metal conductor del calor.
Para un buen aislamiento térmico, el aire se bombea fuera del tubo. La transferencia de calor desde el absorbedor se produce sin pérdida, por lo que la eficiencia de los tubos de la pluma es mayor.
De acuerdo con el método de transferencia de calor, existen dos sistemas: flujo directo y con un tubo de calor (tubo de calor). El termotubo es un recipiente sellado con líquido volátil.
Como un líquido volátil fluye naturalmente hacia la parte inferior de la tubería de calor, el ángulo mínimo de inclinación es de 20 ° С
Dentro de la tubería de calor hay un líquido volátil que absorbe el calor de la pared interna del matraz o del absorbedor de la pluma. Bajo la acción de la temperatura, el líquido hierve y se eleva en forma de vapor. Después de que el calor se suministra al medio de calentamiento o al suministro de agua caliente, el vapor se condensa en líquido y fluye hacia abajo.
El agua con baja presión se utiliza a menudo como un líquido volátil. En un sistema de flujo directo, se utiliza un tubo en U a través del cual circula el agua o el medio de calentamiento del sistema de calefacción.
La mitad del tubo en forma de U está diseñado para refrigerante frío, el segundo elimina el calor. Cuando se calienta, el refrigerante se expande y entra en el tanque de almacenamiento, lo que proporciona una circulación natural. Como en el caso de los sistemas con una tubería de calor, el ángulo mínimo de inclinación debe ser de al menos 20⁰.
Con una conexión directa, la presión en el sistema no puede ser alta, ya que dentro del matraz hay un vacío técnico.
Los sistemas de flujo directo son más eficientes ya que calientan inmediatamente el refrigerante. Si se planea usar sistemas de colectores solares durante todo el año, entonces se inyecta un anticongelante especial.
El uso de colectores solares tubulares tiene varias ventajas y desventajas. El diseño del colector solar tubular consta de elementos idénticos que son relativamente fáciles de reemplazar.
Ventajas:
- baja pérdida de calor;
- capacidad de trabajar a una temperatura de hasta 30⁰С;
- rendimiento efectivo durante las horas del día;
- buen desempeño en áreas con clima templado y frío;
- baja resistencia al viento, basada en la capacidad de los sistemas tubulares para pasar a través de las masas de aire;
- Posibilidad de producir refrigerante a alta temperatura.
El diseño tubular estructural tiene una superficie de apertura limitada.
Tiene las siguientes desventajas:
- no es capaz de autolimpiarse de la nieve, el hielo, las heladas;
- alto costo
A pesar del alto costo inicial, los colectores tubulares se amortizan más rápidamente. Tener una larga vida útil.
Los colectores tubulares son sistemas solares de tipo abierto, por lo que no son adecuados para el uso durante todo el año en sistemas de calefacción (+)
Sistemas cerrados planos
El colector plano consiste en un marco de aluminio, una capa absorbente especial: un absorbente, un revestimiento transparente, una tubería y un aislamiento.
Como absorbente, se utiliza una lámina de cobre ennegrecida, que es ideal para crear heliosistemas con conductividad térmica. En la absorción de energía solar por parte del absorbedor, la energía solar recibida se transfiere al refrigerante que circula a través de un sistema de tubos adyacentes al absorbedor.
En el exterior, el panel cerrado está protegido por un revestimiento transparente. Está hecho de vidrio templado a prueba de golpes con un ancho de banda de 0, 4-1, 8 μm. Esta gama tiene una radiación solar máxima. El vidrio a prueba de golpes sirve como una buena protección contra el granizo. Desde la parte posterior todo el panel se calienta de forma fiable.
Los colectores solares planos se caracterizan por su máximo rendimiento y diseño simple. Su eficiencia se incrementa debido al uso de un absorbente. Son capaces de captar la radiación solar difusa y directa.
La lista de ventajas de los paneles planos cerrados incluye:
- simplicidad de diseño;
- buen desempeño en regiones con climas cálidos;
- posibilidad de instalación en cualquier ángulo si existen dispositivos para cambiar el ángulo de inclinación;
- la capacidad de autolimpiarse de la nieve y las heladas;
- bajo precio
Los colectores solares planos son especialmente beneficiosos si su uso se planea en la etapa de diseño. La vida útil de los productos de calidad es de 50 años.
Las desventajas incluyen:
- alta pérdida de calor;
- gran peso;
- alta resistencia al viento con los paneles en ángulo con el horizonte;
- Limitaciones en el rendimiento cuando la temperatura cae por encima de 40 ° C.
El alcance de los colectores cerrados es mucho más amplio que las plantas de energía solar de tipo abierto. En el verano son capaces de satisfacer plenamente la necesidad de agua caliente. En los días fríos, no incluidos por los servicios públicos durante la temporada de calefacción, pueden funcionar en lugar de calentadores de gas y eléctricos.
Aquellos que deseen hacer un colector solar con sus propias manos para un dispositivo de calefacción en la casa de campo están invitados a familiarizarse con los esquemas comprobados y las instrucciones de ensamblaje paso a paso.
Comparación de colectores solares
El indicador más importante del colector solar es la eficiencia. El rendimiento útil de diferentes diseños de colectores solares depende de la diferencia de temperatura. Al mismo tiempo, los colectores planos son mucho más baratos que los tubulares.
Los valores de eficiencia dependen de la calidad de fabricación del colector solar. El propósito del gráfico es mostrar la efectividad de diferentes sistemas, dependiendo de la diferencia de temperatura
Al elegir un colector solar, debe prestar atención a una serie de parámetros que muestran la eficiencia y la potencia del dispositivo.
Para los colectores solares, hay varias características importantes:
- coeficiente de adsorción: muestra la relación entre la energía absorbida y el total;
- factor de emisión: muestra la relación entre la energía transmitida y la energía absorbida;
- área común y de apertura;
- Eficiencia
El área de apertura es el área de trabajo del colector solar. En el colector plano el área de apertura es máxima. El área de apertura es igual al área de absorción.
Maneras de conectarse al sistema de calefacción.
Dado que los dispositivos que funcionan con energía solar no pueden proporcionar un suministro estable de energía las 24 horas del día, se necesita un sistema resistente a estas desventajas.
Para Rusia central, los dispositivos solares no pueden garantizar un flujo estable de energía, por lo tanto, se utilizan como un sistema adicional. La integración en un sistema de calefacción y agua caliente existente es diferente para un colector solar y un panel solar.
Circuito colector de agua
Dependiendo de la finalidad del uso del colector térmico, se utilizan diferentes sistemas de conexión. Puede haber varias opciones:
- Opción de verano para agua caliente.
- Opción de invierno para calefacción y agua caliente.
La versión de verano es la más sencilla y puede prescindir de una bomba de circulación, utilizando la circulación de agua natural.
El agua se calienta en el colector solar y, debido a la expansión térmica, ingresa al tanque de almacenamiento o caldera. Cuando esto ocurre, la circulación natural: en lugar de agua caliente del tanque se retira.
En invierno a bajas temperaturas no es posible el calentamiento directo del agua. El anticongelante especial circula a través del circuito cerrado, proporcionando la transferencia de calor del colector al intercambiador de calor en el tanque
Como cualquier sistema basado en la circulación natural, no funciona de manera muy eficiente, lo que requiere el cumplimiento de los gradientes necesarios. Además, el tanque de almacenamiento debe ser más alto que el colector solar. Para mantener el agua el mayor tiempo posible, el tanque caliente debe calentarse cuidadosamente.
Si realmente desea lograr el funcionamiento más eficiente del colector solar, el esquema de conexión se vuelve más complicado.
Para que por la noche el colector no se convierta en un radiador, es necesario detener la circulación del agua a la fuerza.
Un refrigerante que no se congela circula a través del sistema de colector solar. La circulación forzada es proporcionada por la bomba bajo el control del controlador.
El controlador controla el funcionamiento de la bomba de circulación basándose en las lecturas de al menos dos sensores de temperatura. El primer sensor mide la temperatura en el tanque de almacenamiento, el segundo, en la tubería de suministro del transportador de calor caliente del colector solar.
Tan pronto como la temperatura en el tanque excede la temperatura del refrigerante, en el colector el controlador apaga la bomba de circulación, deteniendo la circulación del refrigerante a través del sistema. A su vez, cuando la temperatura en el tanque de almacenamiento cae por debajo de la temperatura preestablecida, la caldera de calefacción se enciende.
Una nueva palabra y una alternativa eficaz a los colectores solares con un refrigerante son sistemas de acero con tubos de vacío, cuyo principio de funcionamiento y diseño nos permiten familiarizarnos.
Circuito solar
Sería tentador aplicar un esquema similar de conexión de una batería solar a una red eléctrica, como se implementa en el caso de un colector solar, acumulando la energía recibida en un día. Desafortunadamente, el sistema de suministro de energía de una casa privada para crear un paquete de baterías de capacidad suficiente es muy costoso. Por lo tanto, el esquema de conexión es el siguiente.
Al reducir la potencia de la corriente eléctrica de la batería solar, la unidad AVR (activación automática en la reserva) garantiza que los consumidores estén conectados a la red eléctrica común
Desde los paneles solares, la carga va al controlador de carga, que realiza varias funciones: proporciona una carga constante de la batería y estabiliza el voltaje. A continuación, la corriente eléctrica se alimenta al inversor, donde la conversión de la corriente continua de 12 V o 24 V a una corriente monofásica alterna de 220 V.
Por desgracia, nuestras redes eléctricas no están adaptadas para la energía, solo pueden trabajar en una dirección desde la fuente hasta el consumidor. Por esta razón, no podrá vender la electricidad producida, o al menos hacer que el medidor gire en la dirección opuesta.
El uso de paneles solares es beneficioso porque proporcionan una forma más universal de energía, pero no pueden compararse en eficiencia con los colectores solares. Sin embargo, estos últimos no tienen la capacidad de acumular energía en contraste con las células fotovoltaicas solares.
La parte de trabajo de las células solares es un conjunto de obleas de silicio conectadas en serie. 
Aunque externamente las baterías solares pueden parecerse a colectores planos cerrados, el principio de funcionamiento de los dispositivos de este tipo es significativamente diferente. 
Las baterías con células fotovoltaicas generan electricidad que puede utilizarse para calentar el refrigerante o para alimentar los calentadores eléctricos. 
No hay suficientes herramientas disponibles para construir un panel solar. Se requerirán obleas de silicio que deberán ser compradas.
Todas las opciones para organizar el calentamiento de una casa privada con baterías solares se pueden encontrar en este artículo.
Ejemplo de cálculo de la potencia requerida.
Cuando se calcula la potencia requerida del colector solar, a menudo es incorrecto hacer cálculos basados en la energía solar entrante en los meses más fríos del año.
El hecho es que en los meses restantes del año, todo el sistema se sobrecalentará constantemente. La temperatura del transportador de calor en verano a la salida del colector solar puede alcanzar 200 ° С con calentamiento de vapor o gas, 120 ° С de anticongelante, 150 ° С de agua. Si el refrigerante hierve, se evaporará parcialmente. Como resultado, tendrá que ser reemplazado.
Los fabricantes recomiendan proceder de las siguientes figuras:
- suministro de agua caliente no más del 70%;
- Asegurando que el sistema de calefacción no supere el 30%.
El resto del calor necesario debe producir equipos de calefacción estándar. Sin embargo, con estos indicadores, se ahorra un promedio anual del 40% en calefacción y suministro de agua caliente.
La potencia generada por un sistema de vacío de un solo tubo depende de la ubicación geográfica. El indicador de caída de energía solar por año en 1 m 2 de tierra se llama insolación.
Conociendo la longitud y el diámetro del tubo, es posible calcular la abertura, el área de absorción efectiva. Queda por aplicar los coeficientes de absorción y emisión para calcular la potencia de un tubo por año.
Ejemplo de cálculo:
La longitud estándar del tubo es de 1800 mm, efectiva - 1600 mm. Diámetro 58 mm. Apertura - un área sombreada creada por el tubo. Así, el área de la sombra del rectángulo será:
S = 1.6 * 0.058 = 0.0928 m 2
La eficiencia del tubo promedio es del 80%, la insolación solar para Moscú es de aproximadamente 1170 kWh / m 2 por año. Así, un tubo producirá por año:
W = 0.0928 * 1170 * 0.8 = 86.86kW * h
Cabe señalar que este es un cálculo muy aproximado. La cantidad de energía producida depende de la orientación de la instalación, el ángulo, la temperatura promedio anual, etc.
Con todo tipo de fuentes de energía alternativas y cómo usarlas, puede encontrarlas en el artículo presentado.
Conclusiones y video útil sobre el tema.
Video # 1. Demostración del colector solar en invierno:
Video # 2. Comparación de diferentes modelos de colectores solares:
A lo largo de su propia existencia, la humanidad consume cada vez más energía cada año. Los intentos de utilizar la radiación solar gratuita se han realizado durante mucho tiempo, pero solo recientemente se ha podido utilizar de manera efectiva el sol en nuestras latitudes. No hay duda de que el futuro de los sistemas solares.
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