As razões para a popularidade de fontes alternativas de energia são compreensíveis: há uma oportunidade de economizar combustível e realizar sonhos de sistemas de suporte à vida ambientalmente amigáveis. Habilmente, usando a energia do sol, vento e água, você pode transformar uma casa de campo comum em uma moderna casa ecológica.
Diremos a você como equipar o aquecimento solar em uma casa particular; analisaremos junto com você o quão lucrativo é. Para cobrir completamente os problemas do uso da energia da luz do dia, descrevemos em detalhes todas as opções populares que receberam aplicação prática e feedback positivo dos usuários.
Com base em nossas recomendações, você pode construir um sistema solar eficaz para uma casa de verão ou uma casa de campo. Para facilitar a percepção de material difícil, complementamos as informações com diagramas visuais, ilustrações e guias de vídeo.
Maneiras de usar energia solar
Os métodos para aplicar a energia do corpo celeste não são tecnologias inovadoras; o calor solar é usado há muito tempo e com muito sucesso. No entanto, isso se aplica principalmente à Austrália, alguns países da Europa, América e regiões do sul, onde energia alternativa pode ser obtida ao longo do ano.
Algumas regiões do norte são deficientes em radiação natural e, portanto, é usada como uma opção adicional ou alternativa.
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Painéis solares - uma das maneiras de obter energia quase livre emitida por um corpo celeste
A construção de uma usina solar autônoma é aconselhável em regiões com um grande número de dias de sol, o que não está associado à temperatura média anual
Os sistemas solares autônomos estão localizados principalmente nos telhados de edifícios baixos e em áreas livres de árvores
Durante as geadas, os sistemas solares fornecem energia para aquecimento de ar, vapor ou água, no verão eles fornecem água aquecida
As usinas de energia solar são tipos de geração de energia verdes, ecologicamente corretas e continuamente renováveis
Até agora, a eficiência das usinas de energia solar depende muito do número de dias ensolarados. É rentável apenas nas latitudes do sul. Na faixa do meio e no norte, só pode servir como fonte de reserva
Os painéis solares no sul dos países da CEI poderão fornecer eletricidade a uma casa de campo, água quente e refrigerante para circuitos de aquecimento
Os sistemas solares, mesmo usados como fonte de energia reserva, trazem um efeito econômico bastante alto, reduzindo a carga nas principais opções de produção de energia
Uso passivo de energia solar
Opção de instalação do painel solar
Layout ideal de um sistema solar privado
A localização do painel solar ao longo dos beirais
Sistema solar em uma inclinação suave do telhado
Estação de energia solar como fonte de backup
Operação com bateria nas regiões sul dos países da CEI
Os reais benefícios do sistema solar no setor privado
Os intermediários entre os raios solares e o mecanismo de geração de energia são painéis solares ou coletores, que diferem em propósito e design.
As baterias acumulam a energia do sol e permitem que ele seja usado para alimentar os eletrodomésticos. São painéis com fotocélulas, por um lado, e um mecanismo de travamento, por outro. Você pode experimentar e montar a bateria você mesmo, mas é mais fácil comprar elementos prontos - a escolha é ampla o suficiente.
Os sistemas solares (coletores solares) fazem parte do sistema de aquecimento da casa. Grandes caixas com isolamento térmico e um líquido de arrefecimento, além de baterias, são montadas em proteções elevadas voltadas para o sol ou nas encostas do telhado.
É um erro considerar que absolutamente todas as regiões do norte recebem muito menos calor natural do que as do sul. Suponha que haja muito mais dias ensolarados em Chukotka ou no Canadá central do que no sul da Grã-Bretanha
Para aumentar a eficiência, os painéis são colocados em mecanismos dinâmicos semelhantes a um sistema de rastreamento - eles giram após o movimento do sol. O processo de conversão de energia ocorre em tubos localizados dentro das caixas.
A principal diferença entre sistemas solares e painéis solares é que os primeiros aquecem o líquido de arrefecimento, enquanto os segundos acumulam eletricidade. É possível aquecer a sala com a ajuda de fotocélulas, mas os circuitos do dispositivo são irracionais e adequados apenas para áreas onde há pelo menos 200 dias de sol em um ano.
O esquema do sistema de aquecimento com um coletor solar conectado à caldeira e uma fonte alternativa de eletricidade (por exemplo, uma caldeira a gás) funcionando com combustível tradicional (+)
Prós e contras de um sistema de aquecimento alternativo
Não há muitas vantagens do sistema de aquecimento solar, mas cada uma delas é significativa e pode se tornar o motivo de experiências particulares:
- Vantagens ecológicas. É seguro para os moradores da casa e a natureza circundante, uma fonte limpa de calor que não requer o uso de combustíveis tradicionais.
- Autonomia. Os proprietários dos sistemas são absolutamente independentes dos preços da energia e da situação econômica do país.
- Lucratividade. Enquanto mantém o sistema de aquecimento tradicional, torna-se possível reduzir o custo do pagamento de água quente.
- Acessibilidade geral. Para instalar sistemas solares não precisa da permissão das autoridades estaduais.
Mas há momentos desagradáveis que podem arruinar o cenário geral. Por exemplo, para determinar a eficácia do sistema, será necessário um longo período de pelo menos 3 anos (desde que exista energia solar suficiente e ela seja usada ativamente).
Instalar apenas módulos solares exigirá grandes investimentos: os painéis de silício mais baratos custarão pelo menos 2200 rublos. elementos policristalinos de seis diodos da primeira categoria - até 17000 cada. Calcular o custo de 30 módulos é bastante simples (+)
Os usuários observam as seguintes desvantagens:
- preços altos do equipamento necessário para colocar o sistema em operação;
- dependência direta da quantidade de calor produzida na localização geográfica e no clima;
- Disponibilidade obrigatória de uma fonte de backup, por exemplo, uma caldeira a gás (na prática, um sistema solar geralmente acaba sendo um backup).
Para obter maiores retornos, é necessário monitorar regularmente a saúde dos coletores, limpá-los dos detritos e protegê-los da formação de gelo no congelamento. Se a temperatura costuma cair abaixo de 0º, você precisa cuidar de um isolamento térmico adicional, não apenas dos elementos do sistema solar, mas também da casa como um todo.
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Painéis solares no telhado de uma casa de campo
Montagem das baterias do sistema solar de verão
Equipamento ao ar livre de uma estação de energia solar
Dispositivos técnicos localizados dentro de casa
Energia solar para aquecimento
O principal objetivo das fotocélulas que economizam energia é fornecer eletricidade para a casa. Para incluí-los no circuito do sistema de aquecimento e obter um funcionamento ideal, é necessário montar um circuito com um tanque de armazenamento.
É nele que a água esquenta, o que, atingindo uma certa temperatura, enche os canos e os radiadores nos cômodos que precisam de aquecimento (sala, banheiro).
Sistema movido a energia solar com tanque de circuito duplo que organiza o aquecimento e o fornecimento de água quente em duas direções: para aquecer radiadores e para pontos de análise (+)
Vamos tentar analisar os recursos de design dos painéis solares e determinar seu papel potencial no sistema de aquecimento.
O princípio de operação de painéis com fotocélulas
Existem três tipos comuns de células para painéis solares:
- Monocristalino. São placas finas do mais puro corte de silício de um cristal cultivado em condições artificiais. A variedade mais produtiva, com uma eficiência de cerca de 17 a 18%. A temperatura ideal para operação é de 5 º a 25 ºС.
- Policristalino. Feito de bolachas obtidas por resfriamento gradual de um derretimento de silício. As tecnologias para sua produção são menos trabalhosas, mas a eficiência das células fotovoltaicas feitas de policristalino é significativamente menor - não mais que 12%.
- Amorfo. Eles são filmes. Eles são feitos pelo método da fase de evaporação, como resultado do qual o silício na forma de um filme fino se deposita em uma base de polímero flexível. O método de produção mais barato é combinado com a menor taxa de produção de até 7%.
Para a instalação de sistemas de aquecimento autônomo nas regiões norte, baterias fotovoltaicas montadas a partir de células monocristalinas são consideradas a opção mais adequada. No entanto, baterias com módulos amorfos são mais fáceis de instalar, praticamente não exigentes na base e muito mais baratas.
Um módulo monocristal consiste em elementos conectados em série combinados em módulos. Vários módulos formam um painel solar. A superfície escura dos sistemas solares fotovoltaicos otimiza a absorção da luz solar
A tarefa dos elementos externos é absorver e transformar os raios do sol. A energia liberada continua e é concentrada no acumulador de armazenamento. Um pequeno elemento fornece cerca de 100-250 watts e um painel pré-fabricado de 25 a 30 m² fornece eletricidade a uma casa pequena. Para a instalação de um sistema de aquecimento, é necessária energia 2-3 vezes mais.
Um inversor atua como um conversor de corrente contínua da “produção” solar em eletricidade, uma vez que é necessária uma corrente alternada para a operação de aparelhos elétricos e lâmpadas domésticas.
Falando especificamente sobre o sistema de aquecimento, a caldeira elétrica para aquecimento de água também funciona com corrente alternada. Para fornecer iluminação residencial à noite, serão necessárias baterias que economizem suprimentos diurnos.
Os módulos inversores são instalados em um local conveniente para manutenção, embora não precise de controle constante e opere no modo automático (+)
Eficiência no uso de fotocélulas
A maneira mais fácil é comprar coletores solares e aplicar um dos esquemas simples e comprovados ao longo dos anos. No entanto, às vezes as circunstâncias ditam seus termos. Suponha que você tenha um excelente sistema operacional com um gerador solar, mas até agora ele serve para fornecer eletricidade e fornecer água quente à casa.
É claro que a compra de novos equipamentos não é lucrativa, portanto, é mais fácil aumentar a energia comprando um certo número de conversores fotovoltaicos. A opção de orçamento é de painéis de silício com capacidade de até 23 a 25%.
Um aquecedor elétrico deve ser conectado à fonte de corrente. Uma opção universal é uma caldeira equipada com fiação de distribuição.
Os elementos de filme de polímero no mercado russo são muito menos comuns do que os análogos simples e policristalinos de silício. Eles são convenientes para instalação, mas têm baixa eficiência - apenas 6%
Se você organizar adequadamente o fornecimento de eletricidade, deve ser suficiente para o fornecimento de água quente e o aquecimento. Há exemplos em que a casa é totalmente equipada com calor - ela pode ser reconhecida pelo telhado, quase completamente coberto por painéis.
Às vezes, é necessário erguer estruturas destacadas especiais se a área do telhado não for suficiente. Acontece que, para aumentar a potência, é necessário espaço livre adicional.
Mesmo os cálculos mais completos não ajudarão a determinar a quantidade exata de energia potencial e a criar rapidamente um sistema eficiente e simplificado. O fato é que, na prática, existem obstáculos cuja aparência é difícil de prever.
Aqui estão alguns dos fatores:
- Inconsistência do tempo. Um número claro de dias de sol é desconhecido, mesmo nas regiões sul. Prever com segurança seu número nas regiões do norte é quase impossível.
- Irregularidade na geração de eletricidade. Por exemplo, nas regiões do norte no inverno, a luz do dia é curta; portanto, muita energia solar processada é gasta em iluminação. Além disso, a intensidade da radiação solar no inverno é significativamente reduzida.
- Avarias periódicas. Como todos os sistemas técnicos, os painéis solares podem falhar de tempos em tempos devido a danos a elementos individuais, conexões de contrato, superfície de proteção etc.
Portanto, você pode aprender sobre eficácia somente após um certo período de tempo, pelo menos em um ano. Pode ser necessário aumentar o número de fotocélulas ou baterias, considerar um isolamento térmico adicional em casa e reduzir a área aquecida. Suponha que, nas regiões do norte da Alemanha, para economizar dinheiro, os quartos geralmente não sejam aquecidos.
A manutenção das fotocélulas instaladas não requer habilidades especiais e consiste em limpeza regular: limpeza de neve no inverno e lixo no período quente, lavagem da superfície do vidro com água de uma mangueira
Diagrama de instalação da usina de energia doméstica
A maneira mais fácil de instalar um gerador solar é entrar em contato com uma empresa que implementa os componentes do sistema e oferece serviços para sua instalação. Vantagens - um projeto profissional que leva em consideração as características individuais, uma garantia para todos os produtos e instalação, menos - alto custo.
Se você tiver a experiência relevante, poderá montar de forma independente uma mini-usina com painéis solares para aquecer uma casa particular.
O esquema híbrido mais eficaz é considerado um sistema ar-solar, no qual são utilizadas fotocélulas para gerar energia, coletores para aquecimento de água e um gerador eólico adicional. Pode ser substituído por uma fonte de combustível de reserva (+)
Todas as peças para montagem do sistema de aquecimento são vendidas em lojas especializadas.
Os seguintes componentes devem ser adquiridos:
- um conjunto de módulos solares de silício ou filme;
- bateria de armazenamento de energia;
- controlador de carregamento que regula o processo de carregamento e descarregamento da bateria;
- um inversor que converte corrente contínua em corrente alternada;
- conjunto de cabos de conexão.
É desejável que as baterias sejam as mesmas (levando em conta a marca, a capacidade e até o lote) e tenham a capacidade de armazenar energia por 3-4 dias. A duração do trabalho depende da temperatura ambiente - em condições frias, eles descarregam rapidamente. Se o consumo diário for de 2400 Wh, são necessárias baterias com capacidade total de pelo menos 1000 Ah.
Ao usar baterias de carro, lembre-se de que sua eficiência máxima é de 70 a 75% (a vida útil é de 3 anos), dispositivos especiais para sistemas solares têm o melhor desempenho - até 85% (vida útil - 10 anos). Uma certa quantidade de energia é perdida durante o armazenamento e a conversão
A qualidade da corrente gerada por inversores sinusoidais para sistemas solares é superior à corrente de uma rede centralizada. Uma característica do equipamento é a sincronização da fase de tensão, na qual a transição de 12 V para 220 V é realizada sem interrupção na operação de eletrodomésticos.
Inversores de potência - de 250 W a 6000 W e acima.Você pode aumentar a potência de saída esvaziando a conexão paralela de vários dispositivos. Por exemplo, 3 x 3000 W = 9000 W (+)
Após a instalação de todos os elementos do sistema solar, é necessário conectar um tanque elétrico que aquece a água ao inversor e, por sua vez, uma tubulação de aquecimento ao tanque.
Sistema de aquecimento de coletor
A maior eficiência e retorno podem ser alcançados instalando coletores em vez de módulos solares - instalações externas em que a água é aquecida sob a influência da radiação solar. Esse 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: plano e tubular.
Opção plana de fabricação própria
O design de plantas planas é tão simples que artesãos experientes montam peças de artesanato com as próprias mãos, tendo comprado algumas das peças em uma loja especializada e construídas algumas com materiais improvisados.
Uma placa que absorve o calor solar é fixada dentro de uma caixa isolada em aço ou alumínio. Na maioria das vezes é coberto com uma camada de cromo preto. O dissipador de calor é protegido por cima por uma tampa transparente selada.
A água é aquecida em tubos colocados por uma cobra e conectados a um prato. 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 transmitância da luz da tampa é explicada pelo uso de um material transparente - vidro ou plástico temperado durável (por exemplo, policarbonato). Para impedir que a luz do sol reflita, a superfície de vidro ou plástico é congelada (+)
Existem dois tipos de conexão, um tubo e dois tubos, não há diferença fundamental na escolha. Mas há uma grande diferença em como o líquido de refrigeração será fornecido aos coletores - gravidade ou uso de uma bomba. A primeira opção é reconhecida como ineficaz devido à baixa velocidade de movimento da água; pelo princípio do aquecimento, ela se assemelha à capacidade de um banho de verão.
O funcionamento da segunda opção é devido à conexão de uma bomba de circulação, que fornece o líquido de refrigeração à força. Uma fonte de energia para a operação de equipamentos de bombeamento pode ser um sistema de energia solar.
A temperatura do líquido de refrigeração quando aquecido por um coletor solar atinge 45-60 ºС, na saída o indicador máximo é 35-40 ºС. Para aumentar a eficiência do sistema de aquecimento, juntamente com os radiadores, use "pisos quentes" (+)
Distribuidores tubulares - uma solução para as regiões do norte
O princípio geral de operação se assemelha à operação de análogos planos, mas com uma diferença - os tubos de troca de calor com um líquido de refrigeração estão localizados dentro de frascos de vidro. Os próprios tubos são de penas, selados de um lado e parecendo penas na aparência, e coaxiais (vácuo) inseridos um no outro e selados de ambos os lados.
Trocadores de calor também são diferentes:
- sistema para converter energia solar em heat-pipe térmico;
- tubo comum para mover o líquido de arrefecimento do tipo U.
O segundo tipo de trocador de calor é reconhecido como mais eficaz, mas não é popular o suficiente devido ao custo do reparo: se um tubo falhar, toda a seção terá que ser substituída.
O heat-pipe não faz parte de um segmento inteiro, portanto você pode alterá-lo em 2 a 3 minutos. Os elementos coaxiais com falha são reparados simplesmente removendo o plugue e substituindo o canal danificado.
Esquema que explica a natureza cíclica do processo de aquecimento dentro dos tubos de vácuo: o líquido frio sob a influência do calor solar aquece e evapora, dando lugar à próxima porção do refrigerante (+)
Após analisar as características técnicas dos diferentes tipos de coletores e resumir a experiência de seu uso, decidimos que os coletores planos são mais adequados para as regiões sul e os tubulares para os do norte. Especialmente bem estabelecido no clima severo da instalação com o sistema Heat-pipe. Eles têm capacidade de aquecimento, mesmo em dias nublados e à noite, "comendo" uma quantidade mínima de luz solar.
Um exemplo de um esquema padrão para conectar coletores solares a equipamentos de caldeiras: uma estação de bombeamento fornece circulação de água, o controlador regula o processo de aquecimento
Método de aumento de desempenho
Geralmente, depois de experimentar um pequeno número de módulos solares, os proprietários de casas particulares vão mais longe e melhoram o sistema de várias maneiras.
A maneira mais fácil é aumentar o número de módulos envolvidos, respectivamente, atrair espaço adicional para sua colocação e adquirir equipamentos relacionados mais poderosos
E se houver falta de espaço livre? Aqui estão algumas recomendações para melhorar a eficiência de uma estação solar (com fotocélulas ou coletores):
- Mude a orientação dos módulos. Movendo elementos em relação à posição do sol. Simplificando, a instalação da parte principal dos painéis no lado sul. Com uma longa luz do dia, também é ideal usar superfícies voltadas para leste e oeste.
- Ajuste de inclinação. O fabricante geralmente indica qual ângulo é o mais preferível (por exemplo, 45 °), mas às vezes durante a instalação é necessário fazer ajustes levando em consideração a latitude geográfica.
- A escolha certa do local da instalação. O teto é adequado, porque na maioria das vezes é o plano mais alto e não é obscurecido por outros objetos (por exemplo, árvores de jardim). Mas existem áreas ainda mais adequadas - dispositivos de rastreamento rotativo para o sol.
Com os elementos perpendiculares aos raios do sol, o sistema funciona com mais eficiência, mas em uma superfície fixa estável (por exemplo, um telhado) isso é possível apenas por um curto período de tempo. Para aumentá-lo, eles criaram dispositivos de rastreamento práticos.
Mecanismos de rastreamento são plataformas dinâmicas que giram com o avião seguindo o sol. Graças a eles, o desempenho do gerador aumenta no verão em cerca de 35-40%, no inverno - em 10-12%
Um grande ponto negativo de dispositivos de rastreamento é o alto custo. Em alguns casos, não compensa, por isso não faz sentido investir em mecanismos inúteis.
Estima-se que 8 painéis sejam o valor mínimo pelo qual os custos se justificarão ao longo do tempo. Você pode usar de 3 a 4 módulos, mas sob uma condição: se eles estiverem conectados diretamente, ignorando as baterias, à bomba de água.
Outro dia, a Tesla Motors anunciou a criação de um novo tipo de teto - com painéis solares integrados. Elon Musk disse que um telhado modificado será mais barato que um telhado convencional com coletores ou módulos instalados.
Os vídeos temáticos ajudarão você a imaginar melhor o dispositivo das estações solares domésticas e a revelar alguns segredos da instalação de equipamentos.
Vídeo nº 1. As informações técnicas sobre painéis solares e controladores de carga estão disponíveis:
Vídeo # 2. Experiência útil no uso de painéis solares nos subúrbios:
Vídeo nº 3. Um exemplo de estação solar operando com sucesso, totalmente montada de forma independente, fornecendo água quente sanitária e aquecimento doméstico:
Como você pode ver, um sistema de aquecimento movido a energia solar é um fenômeno muito real que você pode perceber independentemente. O campo de maneiras alternativas de gerar energia está em constante evolução, talvez amanhã você ouça sobre uma nova descoberta.
Convidamos você a comentar ativamente o material.Você pode expressar sua atitude em relação à “energia verde”, compartilhar sua experiência na construção de um sistema solar, contar apenas os detalhes que você conhece no bloco abaixo.