Desde hace mucho tiempo aparecen en el mercado varios colectores solares. Se trata de dispositivos que utilizan energía solar para calentar agua para las necesidades del hogar. Pero su elevado coste les impide ganar popularidad entre los usuarios; este es el problema de todas las fuentes de energía alternativas. Por ejemplo, el costo total de comprar e instalar una instalación que satisfaga las necesidades de una familia promedio será de $5,000. Pero hay una salida: puedes hacer un colector solar con tus propias manos con materiales asequibles. Cómo implementar esto se discutirá en este material.

¿Cómo funciona un colector solar?

El principio de funcionamiento del colector se basa en absorber (absorción) la energía térmica del sol mediante un dispositivo receptor especial y transferirla al refrigerante con pérdidas mínimas. Como receptor se utilizan tubos de cobre o vidrio pintados de negro.

Después de todo, se sabe que los objetos de color oscuro o negro absorben mejor el calor. El refrigerante suele ser agua y, a veces, aire. Por diseño, los colectores solares para calefacción doméstica y suministro de agua caliente son de los siguientes tipos:

• aire;
• agua plana;
• vacío de agua.

Entre otros, el colector solar aéreo se distingue por su simplicidad de diseño y, en consecuencia, por su precio más bajo. Es un panel: un receptor de radiación solar hecho de metal, encerrado en una carcasa sellada. Para una mejor transferencia de calor, la chapa de acero está equipada con nervaduras en la parte posterior y se coloca aislamiento térmico en la parte inferior. Hay vidrio transparente instalado en el frente y en los lados de la caja hay aberturas con bridas para conectar conductos de aire u otros paneles, como se muestra en el diagrama:

El aire que entra por la abertura de un lado pasa entre las nervaduras de acero y, habiendo recibido calor de ellas, sale por el otro.

Hay que decir que la instalación de colectores solares con calentamiento de aire tiene sus propias características. Debido a su baja eficiencia, para calentar habitaciones se deben utilizar varios paneles similares combinados en una batería. Además, definitivamente necesitarás un ventilador, ya que el aire caliente de los colectores ubicados en el techo no bajará por sí solo. El diagrama esquemático del sistema de aire se muestra a continuación en la figura:

El dispositivo simple y el principio de operación le permiten hacer colectores de aire con sus propias manos. Pero necesitarás mucho material para varios colectores y aún así no podrás calentar el agua con su ayuda. Por estas razones, los artesanos del hogar prefieren trabajar con calentadores de agua.

Diseño de colector de placa plana

Para la autoproducción, los de mayor interés son los colectores solares planos diseñados para calentar agua. Una carcasa de metal o aleación de aluminio de forma rectangular alberga un receptor de calor: una placa con una bobina de tubo de cobre presionada en ella. El receptor está fabricado en aluminio o cobre recubierto con una capa absorbente negra. Como en la versión anterior, la parte inferior de la placa está separada del fondo por una capa de material aislante del calor, y el papel de la tapa lo desempeña un vidrio o policarbonato duradero. La siguiente figura muestra la estructura de un colector solar:

La placa negra absorbe el calor y lo transfiere al refrigerante que circula por los tubos (agua o anticongelante). El vidrio cumple 2 funciones: transmite la radiación solar al intercambiador de calor y sirve como protección contra las precipitaciones y el viento, que reducen el rendimiento del calentador. Todas las conexiones se realizan de forma hermética para que no entre polvo en el interior y el cristal no pierda su transparencia. Una vez más, el calor de los rayos del sol no debe ser ventilado por el aire exterior a través de las rendijas, de ello depende el funcionamiento eficaz del colector solar.

Este tipo es el más popular entre los compradores debido a su óptima relación calidad-precio y entre los artesanos del hogar debido a su diseño relativamente simple. Pero un colector de este tipo se puede utilizar para calentar sólo en las regiones del sur; a medida que desciende la temperatura del aire exterior, su rendimiento disminuye significativamente debido a las altas pérdidas de calor a través de la vivienda.

Dispositivo colector de vacío

Otro tipo de calentador de agua solar se fabrica utilizando tecnologías modernas y soluciones técnicas avanzadas y, por lo tanto, pertenece a una categoría de precio elevado. Hay dos soluciones de este tipo implementadas en el recopilador:

• aislamiento térmico mediante vacío;
• utilizando la energía de vaporización y condensación de una sustancia que hierve a baja temperatura.

La opción ideal para proteger el colector absorbente de la pérdida de calor es encerrarlo al vacío. Un tubo de cobre lleno de refrigerante y cubierto con una capa absorbente se coloca dentro de un matraz de vidrio duradero y se bombea el aire del espacio entre ellos. Los extremos del tubo de cobre encajan en el tubo por el que fluye el refrigerante. Qué sucede: el refrigerante hierve bajo la influencia de la luz solar y se convierte en vapor, sube por el tubo y, al entrar en contacto con el refrigerante a través de una pared delgada, vuelve a convertirse en líquido. El diagrama de funcionamiento del colector se muestra a continuación:

El truco es que en el proceso de convertirse en vapor, la sustancia absorbe mucha más energía térmica que durante el calentamiento normal. El calor específico de vaporización de cualquier líquido es superior a su capacidad calorífica específica y, por tanto, los colectores solares de vacío son muy eficaces. Al condensarse en una tubería con un refrigerante que fluye, el refrigerante le transfiere todo el calor y él mismo fluye hacia abajo para obtener una nueva porción de la energía del sol.

Gracias a su diseño, los calentadores de vacío no temen las bajas temperaturas y permanecen operativos incluso en el frío, por lo que pueden utilizarse en las regiones del norte. La intensidad del calentamiento del agua en este caso es menor que en verano, ya que en invierno llega menos calor del sol al suelo y las nubes a menudo interfieren. Está claro que hacer un matraz de vidrio con aire evacuado en casa es simplemente irreal.

Nota. Para el colector hay tubos de vacío que se llenan directamente con refrigerante. Su desventaja es que están conectados en serie; si falla una bombilla, será necesario reemplazar todo el calentador de agua.

¿Cómo hacer un colector solar?

Antes de comenzar a trabajar, debe decidir las dimensiones del futuro aparato de calentamiento de agua. Calcular con precisión el área de intercambio de calor no es fácil; mucho depende de la intensidad de la radiación solar en una región determinada, la ubicación de la casa, el material del circuito de calefacción, etc. Sería correcto decir que cuanto mayor sea el colector térmico, mejor. Sin embargo, su tamaño probablemente esté limitado por el lugar donde se planea instalar. Esto significa que debemos proceder desde la zona de este lugar.

La forma más sencilla de hacer una carrocería es con madera, colocando una capa de espuma o lana mineral en la parte inferior. También es conveniente utilizar para ello las hojas de ventanas de madera antiguas, donde se ha conservado al menos un vidrio. La elección del material para el receptor de calor es inesperadamente amplia, que es lo que los artesanos no utilizan para montar el colector. Aquí hay una lista de opciones populares:

• tubos de cobre de paredes delgadas;
• Varios tubos de polímero con paredes delgadas, preferiblemente negros. Una tubería de polietileno PEX para suministro de agua funciona bien;
• tubos de aluminio. Es cierto que conectarlos es más difícil que los de cobre;
• radiadores de paneles de acero;
• manguera de jardín negra.

Nota. Además de las enumeradas, existen muchas versiones exóticas. Por ejemplo, un colector solar de aire fabricado con latas de cerveza o botellas de plástico. Estos prototipos se distinguen por su originalidad, pero requieren una importante inversión de mano de obra con rendimientos dudosos.

Se debe colocar una hoja de metal que cubra toda el área del futuro calentador en una caja de madera ensamblada o en una hoja de ventana vieja con un fondo adjunto y aislamiento colocado. Es bueno si puedes encontrar una lámina de aluminio, pero el acero fino servirá. Debe pintarse de negro y luego colocar las tuberías en forma de bobina.

Sin duda, el colector para calentar agua se fabrica mejor con tubos de cobre, transfieren bien el calor y duran muchos años. El serpentín se fija firmemente a la rejilla metálica con soportes o cualquier otro método disponible, se incluyen 2 accesorios para el suministro de agua. llevado a cabo.

Dado que se trata de un colector plano y no de vacío, el absorbente de calor debe cubrirse en la parte superior con una estructura translúcida: vidrio o policarbonato. Este último es más fácil de procesar y de funcionamiento más fiable, no se romperá por los impactos del granizo.

Después del montaje, el colector solar debe instalarse en su lugar y conectarse al tanque de almacenamiento de agua. Cuando las condiciones de instalación lo permiten, es posible organizar la circulación natural de agua entre el tanque y el calentador; de lo contrario, se incluye una bomba de circulación en el sistema.

Conclusión

Calentar su casa con colectores solares de bricolaje es una perspectiva atractiva para muchos propietarios. Para los vecinos de las regiones del sur, esta opción es más accesible, basta con llenar el sistema con anticongelante y aislar adecuadamente la carrocería. En el norte, un colector casero ayudará a calentar agua para las necesidades domésticas, pero no será suficiente para calentar una casa. El frío y las escasas horas de luz pasan factura.

Las fuentes alternativas de energía renovable son extremadamente populares. En algunos países de la UE, el suministro de calefacción autónomo cubre más del 50% de las necesidades energéticas. En la Federación de Rusia, los colectores solares aún no se han generalizado. Una de las principales razones: el alto coste del equipo. Para un panel solar de un fabricante nacional, deberá pagar al menos entre 16 y 20 mil rublos. Los productos de marcas europeas costarán aún más, entre 40 y 45 mil rublos.

Hacer un colector solar con tus propias manos te costará al menos la mitad del precio. Un colector solar casero proporcionará suficiente calor para calentar el agua de la ducha de 3 a 4 personas. Para realizarlo necesitarás herramientas de construcción, ingenio y materiales disponibles.

¿De qué se puede hacer un sistema solar?

Primero, es necesario comprender qué principio de funcionamiento utiliza un calentador de agua solar. La estructura interna del bloque contiene los siguientes componentes:

• marco;
• amortiguador;
• un intercambiador de calor dentro del cual circulará el refrigerante;
• Reflectores para enfocar los rayos del sol.

El colector solar de calentamiento de agua de fábrica funciona de la siguiente manera:

• Absorción de calor: los rayos del sol pasan a través del vidrio ubicado en la parte superior del cuerpo o a través de tubos de vacío. La capa absorbente interna en contacto con el intercambiador de calor está pintada con pintura selectiva. Cuando la luz del sol incide sobre el absorbente, se libera una gran cantidad de calor, que se recoge y se utiliza para calentar agua.
• Transferencia de calor: el absorbente está ubicado en estrecho contacto con el intercambiador de calor. El calor acumulado por el absorbente y transferido al intercambiador de calor calienta el líquido que se mueve a través de los tubos hasta el serpentín dentro del tanque de almacenamiento de calor. La circulación de agua en el calentador de agua se realiza por medios forzados o naturales.
• ACS: se utilizan dos principios para calentar agua caliente:
  1. Calentamiento directo: el agua caliente después del calentamiento simplemente se descarga en un recipiente con aislamiento térmico. En un sistema solar monobloque, se utiliza agua corriente de uso doméstico como refrigerante.
  2. La segunda opción es proporcionar agua caliente mediante un calentador de agua pasivo basado en el principio de calentamiento indirecto. El refrigerante (a menudo anticongelante) se envía bajo presión al intercambiador de calor del colector solar. Después del calentamiento, el líquido calentado se suministra a un tanque de almacenamiento, dentro del cual está construido un serpentín (que desempeña el papel de elemento calefactor), rodeado de agua para el sistema de suministro de agua caliente.
     El refrigerante calienta el serpentín, transfiriendo así calor al agua del recipiente. Cuando se abre el grifo, el agua calentada del tanque de almacenamiento de calor fluye hacia el punto de recogida de agua. La peculiaridad de un sistema solar con calefacción indirecta es su capacidad de funcionar durante todo el año.

El principio de funcionamiento utilizado en los costosos sistemas solares fabricados en fábrica se copia y repite en los colectores de bricolaje.

Los diseños de trabajo de los calentadores de agua solares tienen una estructura similar. Sólo están hechos de materiales de desecho. Existen esquemas para la producción de coleccionistas de:

• policarbonato;
• tubos de vacio;
• botellas de PET;
• latas de cerveza;
• radiador de frigorífico;
• tubos de cobre;
• Tuberías de HDPE y PVC.

A juzgar por los diagramas, los "Kulibins" modernos prefieren sistemas caseros con circulación natural, tipo termosifón. La peculiaridad de la solución es que el tanque acumulativo está ubicado en el punto superior del sistema de suministro de agua caliente. El agua circula a través del sistema por gravedad y se suministra al consumidor.

Colector de policarbonato

Están fabricados con paneles alveolares con buenas propiedades de aislamiento térmico. Espesor de chapa de 4 a 30 mm. La elección del espesor del policarbonato depende de la transferencia de calor requerida. Cuanto más gruesa sea la lámina y las celdas que contiene, más agua podrá calentar la instalación.

Para fabricar usted mismo un sistema solar, en particular un calentador de agua solar casero de policarbonato, necesitará los siguientes materiales:

• dos varillas roscadas;
• esquinas de propileno, los accesorios deben tener una conexión roscada externa;
• Tubos de plástico PVC: 2 piezas, longitud 1,5 m, diámetro 32;
• 2 enchufes.

Los tubos se colocan paralelos a la carcasa. Conéctese al suministro de agua caliente a través de válvulas de cierre. Se hace un corte fino a lo largo del tubo en el que se puede insertar una lámina de policarbonato. Gracias al principio de termosifón, el agua fluirá de forma independiente hacia las ranuras (celdas) de la lámina, se calentará y entrará en el tanque acumulativo ubicado en la parte superior de todo el sistema de calefacción. Para sellar y fijar las láminas insertadas en la tubería se utiliza silicona térmicamente resistente.

Para aumentar la eficiencia térmica de un colector de policarbonato celular, la lámina se recubre con cualquier pintura selectiva. El calentamiento del agua después de aplicar el recubrimiento selectivo se acelera aproximadamente al doble.

Colector de tubo de vacío

En este caso, no será posible arreglárselas únicamente con medios improvisados. Para fabricar un colector solar tendrás que comprar tubos de vacío. Son vendidos por empresas dedicadas al mantenimiento de sistemas solares y directamente por fabricantes de calentadores de agua solares.

Para la producción independiente, es mejor elegir matraces con varillas de plumas y un canal térmico de tubo de calor. Los tubos son más fáciles de instalar y cambiar si es necesario.

También necesitará comprar un bloque concentrador para un colector solar de vacío. Al elegir, preste atención al rendimiento del nodo (determinado por la cantidad de teléfonos que se pueden conectar simultáneamente al dispositivo). El marco se fabrica de forma independiente ensamblando un marco de madera. El ahorro en la fabricación casera, teniendo en cuenta la compra de tubos de vacío confeccionados, será de al menos el 50%.

Sistema solar hecho con botellas de plástico

Para preparar necesitarás unas 30 piezas. Botellas de PET. A la hora del montaje es más conveniente utilizar recipientes del mismo tamaño, 1 o 1,5 litros. En la etapa preparatoria, se quitan las etiquetas de las botellas y se lava a fondo la superficie. Además de los recipientes de plástico, necesitarás lo siguiente:

• 12 m de manguera para regar plantas, diámetro 20 mm;
• 8 adaptadores en T;
• 2 rodillas;
• rollo de película de teflón;
• 2 válvulas de bola.

Al fabricar colectores solares a partir de botellas de plástico, se hace un orificio igual al diámetro del cuello en la parte inferior de la base, en el que se inserta una manguera de goma o un tubo de PVC. El recolector se ensambla en 5 filas de 6 botellas en cada línea.

En un día claro, en 15 minutos. el agua se calentará hasta una temperatura de 45°C. Teniendo en cuenta su alto rendimiento, tiene sentido conectar un calentador de agua solar fabricado con botellas de plástico a un depósito de almacenamiento de 200 litros. Este último está bien aislado para evitar la pérdida de calor.

Colector de latas de cerveza de aluminio.

El aluminio tiene buenas características térmicas. No es de extrañar que se utilice metal para fabricar radiadores de calefacción.

Las latas de aluminio se pueden utilizar en la fabricación de sistemas solares caseros. Las latas de hojalata o de cualquier otro metal no son aptas para la producción.

Para un panel solar se necesitarán los siguientes componentes:

• frascos, unas 15 uds. por línea, el cuerpo tiene capacidad para 10-15 filas;
• intercambiador de calor: se utiliza un colector hecho de una manguera de goma o tubos de plástico;
• pegamento para pegar latas;
• pintura selectiva.

La superficie de las latas está pintada de oscuro. La caja está revestida con vidrio grueso o policarbonato.

Para calentar el aire se suele fabricar un colector solar hecho de latas de aluminio. Cuando se utiliza agua refrigerante, la eficiencia térmica del dispositivo disminuye.

Sistema solar desde el frigorífico.

Otra solución popular que requiere un mínimo de tiempo y dinero. El colector solar está fabricado a partir del radiador de un frigorífico antiguo. La bobina ya está pintada de negro. Basta con colocar la rejilla en una caja de madera con aislamiento y conectarla al suministro de agua caliente mediante soldadura.

Existe la opción de fabricar un aire acondicionado a partir de un condensador. Para ello, se conectan varios radiadores en una sola red. Si es posible comprar barato unas 8 piezas. condensadores, fabricar un colector es bastante posible.

Colector de tubos de cobre

El cobre tiene buenas propiedades térmicas. En la fabricación de un colector solar de cobre se utiliza lo siguiente:

• tuberías con un diámetro de 1 1/4", utilizadas en la instalación de sistemas de calefacción y suministro de agua caliente;
• Tuberías de 1/4" utilizadas en sistemas de aire acondicionado;
• quemador de gas;
• soldadura y fundente.

El cuerpo de la parrilla del radiador está ensamblado a partir de tubos de cobre de gran diámetro. Se perforan agujeros de 1/4" en la superficie. En las ranuras resultantes se insertan tubos del diámetro adecuado. El radiador se cubre con vidrio o policarbonato. El cobre se pinta con pintura selectiva.

Caldera solar fabricada con tubos de HDPE y mangueras de PVC.

En la producción de sistemas solares se utiliza casi cualquier material disponible. Existen soluciones que permiten fabricar un colector a partir de una manguera corrugada, una manguera de goma que se utiliza para regar las plantas.

Los sistemas solares no están hechos de tubos de metal y plástico debido a que las juntas de goma de los accesorios no pueden soportar el calor intenso. En caso de intensa radiación solar, el calentamiento en el colector alcanza los 300°C. Si se sobrecalientan, las juntas definitivamente tendrán fugas.

Es posible fabricar un colector solar a partir de tubo corrugado de acero inoxidable. La popularidad de la solución se debe a la velocidad y facilidad de instalación. Los tubos corrugados de acero inoxidable se colocan en anillos o serpientes. La desventaja es el coste relativamente alto de los tubos corrugados de acero inoxidable.

A pesar de las opciones existentes descritas anteriormente, los colectores solares fabricados con tuberías de propileno y HDPE siguen siendo los más populares. Cada opción tiene sus propias ventajas:

• Colector solar fabricado con tubos de HDPE.- Para la fabricación, elija un material resistente al calor. Se comercializan una gran cantidad de herrajes para facilitar el montaje de un radiador acumulador de calor. Las tuberías fabricadas con polietileno de baja densidad son inicialmente de color negro o azul oscuro, por lo que no requieren pintura.
• Colector solar fabricado con tubos de PVC.- la popularidad de la solución radica en la facilidad de instalación de la estructura, realizada mediante soldadura. La presencia de una gran cantidad de ángulos, tes, hembras americanas y otros accesorios facilita el proceso de montaje. Mediante soldadura, puede crear un intercambiador de calor colector de cualquier configuración.

Hacer un colector solar de agua caliente a partir de tubería PEX:

Todos los tubos descritos se utilizan con distinta eficiencia como núcleo en la fabricación de un colector solar casero a partir de botellas de plástico y latas de aluminio.

Cómo hacer un recubrimiento selectivo.

Un colector altamente eficiente tiene un alto grado de absorción de energía solar. Los rayos inciden sobre una superficie oscura y luego la calientan. Cuanta menos radiación sea repelida por el absorbente del colector solar, más calor permanecerá en el sistema solar.

Para garantizar una acumulación suficiente de calor, es necesario crear un recubrimiento selectivo. Hay varias opciones de producción:

• Recubrimiento colector selectivo casero.- Utilice pinturas negras que dejen una superficie mate después del secado. Existen soluciones cuando se utiliza un hule oscuro opaco como absorbente del colector. Se aplica esmalte negro a los tubos del intercambiador de calor, a la superficie de latas y botellas, con un efecto mate.
• Recubrimientos absorbentes especiales- Puedes ir por el otro lado comprando una pintura selectiva especial para el coleccionista. Las pinturas y barnices selectivos contienen plastificantes poliméricos y aditivos que proporcionan buena adherencia, resistencia al calor y un alto grado de absorción de la luz solar.

Los sistemas solares que se utilizan exclusivamente para calentar agua en verano pueden funcionar fácilmente pintando el absorbente de negro con pintura normal. Los colectores solares caseros para calentar una casa en invierno deben tener un revestimiento selectivo de alta calidad. No puedes escatimar en pintura.

Sistema solar casero o de fábrica: ¿cuál es mejor?

No es realista fabricar en casa un colector solar que pueda compararse con los productos de fábrica en términos de características técnicas y rendimiento. Por otro lado, si simplemente necesitas proporcionar suficiente agua para una ducha de verano, la energía solar será suficiente para hacer funcionar un sencillo calentador de agua casero.

En cuanto a los colectores de líquido que funcionan en invierno, ni siquiera todos los sistemas solares de fábrica pueden funcionar a bajas temperaturas. Los sistemas para todas las estaciones suelen ser dispositivos con tubos de calor al vacío, con mayor eficiencia, capaces de funcionar a temperaturas de hasta –50°C.

Los colectores solares de fábrica suelen estar equipados con un mecanismo giratorio que ajusta automáticamente el ángulo de inclinación y la dirección del panel a los puntos cardinales, dependiendo de la ubicación del Sol.

Un calentador de agua solar eficaz es aquel que cumple plenamente su finalidad prevista. Para calentar agua para 2-3 personas en verano, puede arreglárselas con un colector solar común, hecho a mano con materiales de desecho. Para calentar en invierno, a pesar de los costes iniciales, es mejor instalar un sistema solar de fábrica.

Curso en vídeo sobre cómo hacer un calentador de agua solar con paneles.

El concepto de hogar energéticamente eficiente implica la creación, implementación y operación de fuentes de energía renovables. Los colectores solares de bricolaje, que no hace mucho eran extremadamente raros, se han vuelto cada vez más comunes.

La mejora constante de los sistemas solares y la importante caída de sus precios han provocado su aparición aún mayor en la vida cotidiana. El costo de los modelos de fábrica hoy en día es comparable a los costos necesarios para instalar un sistema de calefacción clásico. Sin embargo, cualquiera puede utilizar esta tecnología por su cuenta.

El principio de funcionamiento del colector solar.

Para describir brevemente el principio de funcionamiento del colector, es necesario captar energía solar térmica. Posteriormente es concentrado y utilizado por el ser humano.

El sistema colector consta de los siguientes componentes:

• Acumulador térmico (recipiente normal para líquido)
• Circuito de intercambio de calor
• Coleccionista directo

A través del colector circula refrigerante líquido o gaseoso. La energía resultante la calienta y, a través de un tanque de almacenamiento montado, transfiere calor al agua.

El líquido calentado se almacena en el tanque hasta su uso. El ámbito de su aplicación es muy amplio, desde las necesidades domésticas habituales hasta la calefacción del hogar. Para evitar que el agua se enfríe rápidamente, es necesario aislar adecuadamente el recipiente.

La circulación del agua en el colector se realiza de dos formas: o forzada. En el tanque de almacenamiento se puede montar un elemento adicional que calienta el líquido, que se encenderá cuando se alcancen bajas temperaturas ambientales y mantendrá la temperatura del agua, por ejemplo, en invierno, cuando el solsticio es corto.

Vídeo introductorio sobre el diseño de un calentador de agua.

Tipos de colectores solares

Cuando planee instalar un colector solar con sus propias manos en la casa, debe decidir el tipo de estructura:

Los modelos en los que el aire es el refrigerante se utilizan muy raramente. Esto se debe a las propiedades del líquido: conduce el calor mucho mejor que el gas. Los colectores de aire suelen tener una forma plana para que el aire, en contacto con el dispositivo de absorción, se caliente de forma natural.

diagrama del colector solar de aire

Colectores solares de vacío

Los modelos de vacío son los más complejos. En lugar de una caja cubierta de vidrio, se utilizan grandes tubos de vidrio. En su interior hay tubos de menor diámetro, que contienen un absorbente que recoge la energía térmica. Hay un vacío entre los tubos que actúa como aislante térmico.

Colectores solares de placa plana

El más común es un colector solar plano, dentro del cual hay una capa absorbente especial colocada en una caja de vidrio. Está conectado a tubos a través de los cuales se mueve el líquido refrigerante (normalmente propilenglicol).

diagrama de colector solar plano

Pero al decidir hacer un colector solar con sus propias manos, debe comprender que es imposible fabricar dispositivos tan complejos como los industriales. Además, su eficiencia será significativamente menor, su vida útil será más corta, pero también lo serán sus inversiones materiales.

Dibujos estructurales

Empecemos

Antes de construir un colector solar, es necesario realizar los cálculos pertinentes y determinar cuánta energía debe producir. Pero no se debe esperar una alta eficiencia de una instalación casera. Habiendo determinado que habrá suficiente, puede comenzar.

El trabajo se puede dividir en varias etapas principales:

1. hacer una caja
2. Hacer un radiador o intercambiador de calor.
3. Hacer una cámara frontal y un dispositivo de almacenamiento
4. Montar el coleccionista

Para hacer una caja para un colector solar con sus propias manos, debe preparar una tabla con bordes de espesor. 25-35 mm y ancho 100-130 mm. Su fondo debe estar hecho de textolita, equipado con nervaduras. También debe estar bien aislado con poliestireno expandido (pero se da preferencia a la lana mineral), cubierto con una lámina galvanizada.

Una vez preparada la caja, llega el momento de fabricar el intercambiador de calor. Debes seguir las instrucciones:

1. Es necesario preparar 15 tubos metálicos de paredes delgadas de 160 cm de largo y dos tubos de pulgadas de 70 cm de largo.
2. En ambos tubos engrosados ​​se perforan orificios con el diámetro de los tubos más pequeños en los que se instalarán. En este caso, debes asegurarte de que sean coaxiales en un lado, el paso máximo entre ellos es de 4,5 cm.
3. La siguiente etapa es que todos los tubos deben ensamblarse en una sola estructura y soldarse de forma segura.
4. El intercambiador de calor se monta sobre chapa galvanizada (previamente fijada a la caja) y se fija con abrazaderas de acero (se pueden fabricar abrazaderas metálicas)
5. Se recomienda pintar el fondo de la caja de un color oscuro (por ejemplo, negro); absorberá mejor el calor solar, pero para reducir la pérdida de calor, los elementos externos se pintan de blanco.
6. Para completar la instalación del colector, es necesario instalar un cubreobjetos cerca de las paredes, sin olvidar el sellado confiable de las juntas.
7. Se deja una distancia de 10-12 mm entre los tubos y el cristal.

Sólo queda construir un tanque de almacenamiento debajo del colector solar. Su función puede ser desempeñada por un recipiente sellado, cuyo volumen varía aproximadamente 150-400 litros. Si no puede encontrar uno de esos barriles, puede soldar varios pequeños.

Al igual que el colector, el tanque de almacenamiento está completamente aislado de la pérdida de calor. Todo lo que queda es hacer una cámara de proa, un recipiente pequeño con un volumen de 35 a 40 litros. Debe estar equipado con un dispositivo de caída de agua (una válvula giratoria).

Queda la etapa más responsable e importante: montar el coleccionista. Puedes hacerlo de esta manera:

1. Primero necesitas instalar la cámara frontal y el almacenamiento. Es necesario asegurarse de que el nivel del líquido en esta última sea 0,8 m más bajo que en la cámara frontal. Dado que en tales dispositivos se puede acumular mucha agua, es necesario pensar en cómo se cerrarán de manera confiable.
2. El recolector se coloca en el techo de la casa. Según la práctica, se recomienda hacer esto en el lado sur, inclinando la instalación en un ángulo de 35 a 40 grados con respecto a la horizontal.
3. Pero hay que tener en cuenta que la distancia entre el tanque de almacenamiento y el intercambiador de calor no debe exceder los 0,5-0,7 m, de lo contrario las pérdidas serán demasiado importantes.
4. Al final, se debe obtener la siguiente secuencia: la cámara frontal debe ubicarse encima del variador, esta última, encima del colector.

Se acerca la etapa más importante: es necesario conectar todos los componentes y conectar la red de suministro de agua al sistema terminado. Para hacer esto, deberá visitar una tienda de plomería y comprar los accesorios, adaptadores, enchufes y otras válvulas de cierre necesarios. Se recomienda conectar las secciones de alta presión con una tubería con un diámetro de 0,5 pulgadas y las secciones de baja presión con un diámetro de 1 pulgada.

La puesta en servicio se realiza de la siguiente manera:

1. La unidad se llena de agua a través del orificio de drenaje inferior.
2. Se conecta la cámara anterior y se ajustan los niveles de líquido.
3. Es necesario caminar por el sistema y verificar que no haya fugas.
4. Todo está listo para el uso diario.

Colector solar de serpentín frigorífico.

Puede hacer un colector solar con sus propias manos a partir de una bobina normal extraída de un refrigerador viejo. Para trabajar necesitarás preparar:

1. Bobina directa
2. Listones y láminas para el marco.
3. Barril o tanque de agua
4. Alfombra de goma
5. Válvulas de cierre (válvulas, tuberías, etc.)
6. Vaso

Después de lavar la bobina de freón, es necesario derribar el marco del bastidor que la rodea. Sus dimensiones exactas dependerán del tamaño de la unidad de trabajo que se retiró del refrigerador. La alfombra debe ajustarse a las lamas, entre las cuales se debe colocar libremente la bobina.

Se coloca una capa de papel de aluminio sobre la alfombra de goma (parte inferior del marco). Luego la bobina se fija mediante abrazaderas de tornillo. Se hacen agujeros en las paredes por donde pasarán las tuberías. La productividad se puede aumentar sellando las juntas con selladores.

El fondo también está reforzado con lamas. El vidrio se monta encima y se fija con cinta adhesiva. Para evitar preocupaciones, puedes cortar varias placas de aluminio y hacer abrazaderas con ellas.

Vídeo sobre el diseño técnico y pruebas del colector solar:

En custodia

Una estructura como un colector solar de bricolaje puede aumentar significativamente el nivel de confort en una casa de campo o en una casa de campo. Aunque insignificante, reduce el coste de la energía consumida generada por las fuentes de energía clásicas.

Siempre ha sido un sueño utilizar la energía solar para las necesidades domésticas. Esta idea comenzó a desarrollarse con especial urgencia en los últimos cincuenta años, cuando aparecieron nuevos materiales que permitieron construir estructuras bastante efectivas. También han aparecido herramientas que pueden utilizarse para realizar estructuras tecnológicas complejas en casa.

La idea de calentar agua con la ayuda del sol se implementó en la antigüedad. Los barriles comunes expuestos al sol o a la sombra absorben el flujo de calor del ambiente durante un tiempo determinado. La temperatura del líquido aumentó al aumentar la intensidad de la radiación solar.

En los años setenta y ochenta del siglo XIX, Joseph Stefan y Ludwig Boltzmann descubrieron la ley de la radiación térmica. De ellos derivaron fórmulas de cálculo a partir de las cuales se determina el flujo de calor recibido del Sol en la superficie de la Tierra. Para objetos ubicados en la Tierra, use la siguiente fórmula:

Dónde σ = 5,670367·10 -4, W/(m 2 ·K 4) ​​​​– Constante de Stefan-Boltzmann;

F – superficie de absorción de calor, m2;

C 2 – grado de emisividad de la superficie de percepción de calor;

T 1 es la temperatura del emisor térmico, para la superficie del Sol generalmente se acepta que es T 1 = 6000 K;

T 2 – temperatura del disipador de calor – esta es la superficie calentada por la radiación solar, (T 2 = t 2 + 273), K;

donde t 2 es la temperatura del disipador de calor (cuerpo en la Tierra), °C;

ϕ – ángulo de incidencia de los rayos solares, °.

¿Qué es un colector y para qué sirven los colectores solares?

Un colector solar es un dispositivo que recoge la energía de la radiación y luego transfiere el calor acumulado a los consumidores. En la práctica, se utiliza otro término: colector solar.

Según su finalidad prevista, las instalaciones solares (instalaciones solares) se dividen en:

• Los concentradores solares son dispositivos que recolectan energía solar en una corriente estrecha. Se utilizan para fundir metal. En el Instituto NPO Física-Sol (Tashkent) se desarrollaron y fabricaron hornos de fusión en los que se alcanzaban temperaturas de más de 5000...5500 °C;
• paneles solares: dispositivos para convertir la radiación del sol en energía eléctrica;
• plantas desaladoras solares: máquinas diseñadas para producir agua dulce a partir de agua con un alto contenido de sales minerales;
• los secadores solares son dispositivos térmicos que eliminan la humedad de verduras y frutas mediante energía solar;
• Calentadores solares (colectores solares de aire): instalaciones para transferir el flujo de calor de la radiación infrarroja a los refrigerantes.

¿Cómo funciona un colector solar?

Además de la luz visible, la radiación solar también tiene un espectro infrarrojo invisible. Es él quien transfiere la energía térmica. A partir de investigaciones se ha establecido que en la zona de clima templado la intensidad de la radiación térmica al mediodía alcanza más de 5 kW/m2. En la Fig. La Figura 1 muestra la dependencia de la insolación total para los 48° de latitud norte.

Arroz. 1 Insolación total de la radiación solar para diferentes periodos de la zona templada de Europa

¡Comida para el pensamiento! La radiación térmica se divide en: directa y difusa. Por lo tanto, incluso en un día nublado, se siente la afluencia de calor solar. De la ilustración presentada se desprende claramente que la cantidad de calor entrante en los períodos de verano e invierno tiene diferencias significativas. Por tanto, a la hora de diseñar dispositivos se tiene en cuenta la posible eficiencia, teniendo en cuenta los costes.

El diagrama esquemático del colector solar se muestra en la Fig. 2. La radiación solar ingresa al colector a través de una valla translúcida. El panel receptor, pintado de negro, absorbe el calor. Como resultado, el cuerpo negro se calienta. El posterior proceso de transferencia de calor se produce por convección. El calor se transfiere desde la pared calentada al flujo de líquido (gas) que se mueve a través de las tuberías. El medio en movimiento se calienta.

¡Atención! Para evitar pérdidas de calor, la envolvente del colector está aislada térmicamente. Dado que el calor recibido en el interior se utiliza para calentar el flujo, la intensidad de la radiación reflejada desde el panel que recibe la radiación es baja.

El aumento del coste de las fuentes de energía tradicionales anima a los propietarios privados a buscar opciones alternativas para calentar sus hogares y calentar agua. De acuerdo, el componente financiero de la cuestión jugará un papel importante a la hora de elegir un sistema de calefacción.

Uno de los métodos más prometedores de suministro de energía es la conversión de la radiación solar. Para ello se utilizan sistemas solares. Comprender el principio de su diseño y el mecanismo de funcionamiento, hacer un colector solar para calefacción con sus propias manos no será difícil.

Le informaremos sobre las características de diseño de los sistemas solares, le ofreceremos un diagrama de montaje sencillo y le describiremos los materiales que se pueden utilizar. Las etapas del trabajo van acompañadas de fotografías visuales, el material se complementa con vídeos sobre la creación y puesta en marcha de un coleccionista casero.

Los sistemas solares modernos son una de las fuentes de calor. Se utilizan como equipo de calefacción auxiliar que convierte la radiación solar en energía útil para los propietarios de viviendas.

Pueden proporcionar suministro completo de agua caliente y calefacción durante la estación fría solo en las regiones del sur. Y solo si ocupan un área suficientemente grande y se instalan en áreas abiertas sin sombra de árboles.

A pesar de la gran cantidad de variedades, su principio de funcionamiento es el mismo. Cualquiera es un circuito con una disposición secuencial de dispositivos que suministran energía térmica y la transmiten al consumidor.

Los principales elementos de trabajo son los colectores solares. La tecnología de las placas fotográficas es algo más complicada que la de un colector tubular.

En este artículo veremos la segunda opción: un sistema de colector solar.

Los colectores solares todavía sirven como proveedores de energía auxiliar. Es peligroso cambiar completamente la calefacción de una casa a un sistema solar debido a la imposibilidad de predecir un número claro de días soleados.

Los colectores son un sistema de tubos conectados en serie a las líneas de salida y entrada o dispuestos en forma de bobina. Por los tubos circula agua de proceso, flujo de aire o una mezcla de agua y algún tipo de líquido no congelante.

La circulación es estimulada por fenómenos físicos: evaporación, cambios de presión y densidad por la transición de un estado de agregación a otro, etc.

La captación y acumulación de energía solar se realiza mediante absorbedores. Se trata de una placa de metal macizo con una superficie exterior ennegrecida o de un sistema de placas individuales unidas a tubos.

Para la fabricación de la parte superior del cuerpo, la tapa, se utilizan materiales con alta capacidad para transmitir luz. Puede ser plexiglás, materiales poliméricos similares, tipos templados de vidrio tradicional.

Para eliminar la pérdida de energía, se coloca aislamiento térmico en la caja en la parte posterior del dispositivo.

Hay que decir que los materiales poliméricos no toleran bastante bien la influencia de los rayos ultravioleta. Todos los tipos de plástico tienen un coeficiente de expansión térmica bastante alto, lo que a menudo conduce a una despresurización de la carcasa. Por lo tanto, el uso de dichos materiales para la fabricación del cuerpo del colector debe ser limitado.

El agua como refrigerante sólo se puede utilizar en sistemas diseñados para suministrar calor adicional en el período otoño/primavera. Si planea utilizar el sistema solar durante todo el año, antes de la primera ola de frío, cambie el agua de proceso por una mezcla de ésta y anticongelante.

Si se instala un colector solar para calentar un edificio pequeño que no tiene conexión con la calefacción autónoma de la cabaña o con redes centralizadas, al principio se construye un sistema simple de circuito único con un dispositivo de calefacción.

La cadena no incluye bombas de circulación ni dispositivos de calefacción. El esquema es extremadamente simple, pero sólo puede funcionar en veranos soleados.

Cuando se incluye un colector en una estructura técnica de doble circuito, todo es mucho más complicado, pero el rango de días aptos para su uso aumenta significativamente. El colector procesa solo un circuito. La carga predominante se coloca en la unidad de calefacción principal, que funciona con electricidad o cualquier tipo de combustible.

Los artesanos del hogar han inventado una opción más económica: un intercambiador de calor en espiral hecho de.

Una solución económica interesante es un absorbente del sistema solar hecho de un tubo de polímero flexible. Se utilizan accesorios adecuados para conectar los dispositivos en la entrada y salida. La elección de los materiales disponibles con los que se puede fabricar un intercambiador de calor de colector solar es bastante amplia. Podría ser el intercambiador de calor de un frigorífico viejo, tuberías de agua de polietileno, radiadores de paneles de acero, etc.

Un criterio importante para la eficiencia es la conductividad térmica del material del que está hecho el intercambiador de calor.

Para la autoproducción, el cobre es la mejor opción. Tiene una conductividad térmica de 394 W/m². Para el aluminio, este parámetro varía de 202 a 236 W/m².

Sin embargo, la gran diferencia en los parámetros de conductividad térmica entre las tuberías de cobre y polipropileno no significa que un intercambiador de calor con tuberías de cobre produzca volúmenes de agua caliente cientos de veces mayores.

En igualdad de condiciones, el rendimiento de un intercambiador de calor fabricado con tubos de cobre será un 20% más eficiente que el rendimiento de las opciones de metal y plástico. Por eso los intercambiadores de calor fabricados con tubos de polímero tienen derecho a vivir. Además, estas opciones serán mucho más económicas.

Independientemente del material de las tuberías, todas las conexiones, tanto soldadas como roscadas, deben estar selladas. Los tubos se pueden colocar paralelos entre sí o en forma de bobina.

El circuito tipo bobina reduce la cantidad de conexiones, lo que reduce la probabilidad de fugas y garantiza un flujo de refrigerante más uniforme.

La parte superior de la caja en la que se encuentra el intercambiador de calor está cubierta de vidrio. Como alternativa, puede utilizar materiales modernos, como un análogo acrílico o policarbonato monolítico. El material translúcido puede no ser liso, sino estriado o mate.

Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.

Proceso de fabricación de un colector solar básico:

Cómo montar y poner en marcha un sistema solar:

Naturalmente, un colector solar de fabricación propia no podrá competir con los modelos industriales. Utilizando los materiales disponibles, es bastante difícil lograr la alta eficiencia que tienen los diseños industriales. Pero los costos financieros serán mucho menores en comparación con la compra de instalaciones ya preparadas.