Energía Solar Térmica

El aprovechamiento de la energía solar térmica (obtenida a baja temperatura) puede conseguirse de dos maneras:

  • Captación solar pasiva, es decir, arquitectura e ingeniería bioclimáticas que aprovechan el diseño arquitectónico para conseguir un mejor aprovechamiento de la energía solar, minimizando pérdidas térmicas, utilizando las propiedades de los materiales constructivos y, en definitiva, aumentando la eficiencia térmica del edificio
  • Aprovechamiento de la energía solar térmica para el calentamiento de de agua (ACS o calefacción), refrigeración, sistemas de calefacción de distrito (Incluye otras tecnologías como la cogeneración) y procesos industriales (lavado, tratamientos químicos, secado mediante aire caliente, precalentamiento de fluidos, generación de vapor,…)

Cabe destacar la necesidad de integración arquitectónica de los elementos de captación en el diseño inicial del edificio (fachadas, cubiertas y entorno general) así como en la rehabilitación del mismo.

Principios Generales

La energía solar térmica (baja temperatura) capta la energía solar mediante el uso de paneles solares térmicos y el sistema funciona de la manera que indica el esquema:

El colector capta los rayos del sol absorbiendo su energía en forma de calor y se hace pasar un fluido (normalmente agua con anticongelante) a través del colector para que absorba parte de ese calor y eleve su temperatura.

En un sistema de intercambio transfiere calor al fluido de consumo (agua) que es almacenado o directamente llevado al punto de consumo.

El sistema solar térmico siempre va a necesitar un sistema auxiliar convencional, que entrará en funcionamiento cuando la temperatura de salida del agua a la salida del colector sea inferior a los requerimientos de demanda. Habitualmente suele ser gasoil, gas o electricidad.

Aplicaciones Generales

La energía solar térmica (baja temperatura) capta la energía solar mediante el uso de paneles solares térmicos y el sistema funciona de la manera que indica el esquema:

1. Agua caliente Sanitaria (ACS). Se utiliza a temperaturas entre 45 y 60ºC en colectores planos vidriados, que son los más utilizados en edificación. Esta fuente de energía precisa de una tecnología sencilla y una inversión inicial reducida, que puede ser amortizada en pocos años. Es la fuente de energía más barata y es la aplicación más usual de la energía solar térmica. Porcentaje de energía sustituida media anual del 70%

2. Calefacción. Desventaja de que la demanda de calefacción es máxima cuando la energía solar es mínima. Interesante en sistemas de calefacción que trabajen a baja temperatura, como el suelo radiante. Enorme interés en sistema de calefacción de distrito, utilizados para calefacción de barrios enteros y pueblos pequeños, que utilizan otras tecnologías como la cogeneración.

3. Calentamiento de piscinas, Tanto cubiertas como descubiertas. Interesante aplicación son las mantas solares térmicas, especialmente en piscinas descubiertas.

4. En instalaciones industriales. La energía solar térmica cubre una parte muy considerable de la demanda industrial de calor. Se utilizan colectores de tubo de vacío a temperaturas superiores a 100ºC. Algunos sectores especialmente indicadas para esta tecnología son: Fabricación de cerveza y malta, industria textil, industria papelera, industria química, recubrimiento de metales o aplicaciones dentro del sector servicios, pequeñas industrias o talleres.

5. Refrigeración solar. Una de las aplicaciones de la energía solar más avanzada se da para producir frío, acoplando una máquina de absorción al sistema, lo cual hace coincidir la máxima necesidad de frío con la máxima disponibilidad solar. La refrigeración mediante máquina de absorción se basa en que un líquido que se evapora absorbe gran cantidad de calor en su entorno. Una instalación de refrigeración con energía solar consiste, básicamente, en una máquina de absorción, que se alimenta con agua calentada mediante una instalación de energía solar térmica, y que produce agua enfriada que se utiliza para refrigerar un recinto. Los sistemas de absorción pueden ser de simple efecto (temperatura de alimentación entre 90-95ºC, eficiencia entre 0.6 -0.7) y doble efecto (temperaturas de alimentación entre 140-180ºC, eficiencia entre 1.1-1.4).

Componentes del Sistema

En cuanto a las instalaciones, podemos encontrar desde equipos compactos para dotar de agua caliente sanitaria a una casa unifamiliar, hasta instalaciones complejas con fluidos caloportadores distintos al agua, intercambiadores de calor, grandes depósitos de acumulación, sistemas de bombeo, disipadores de calor, etc.

Sistema de captación (colectores)
El colector es elemento encargado de captar la energía contenida en la radiación solar y transferirla al fluido a calentar. Existen los siguientes tipos:

Colectores planos, captan en su interior la energía solar, transformándola en energía térmica e impidiendo su salida al exterior, captan tanto la radiación directa como la difusa. El efecto que se produce en ellos es el mismo que se produce en un invernadero. Los paneles solares planos se usan para aplicaciones típicas de agua caliente sanitaria y calefacción.

Colectores de tubos de vacío, consisten en unos tubos de cristal que recubren el absorbedor metálico que contiene el fluido de trabajo dejando entre ambos una cámara de vacío que hace de aislante. Tienen un rendimiento muy elevado, incluso en climas con poco sol o bajas temperaturas exteriores. Se usan en zonas especialmente frías o para aplicaciones de calefacción y climatización.

Colectores sin cubierta, son los más utilizados en algunos países como Estados Unidos de América o Australia. Son colectores sin cubierta, sin aislante y sin caja por lo que en este tipo de colectores se pierde el efecto invernadero que se alcanza con la cubierta de vidrio, con lo cual la eficiencia es muy baja.

Sistema de almacenamiento
Está formado por depósitos, su finalidad es almacenar el agua caliente procedente de los paneles para su uso posterior.

Sistema de distribución
Sistema formado por redes de tuberías, válvulas, bombas y accesorios. Tiene por finalidad transportar el agua caliente desde el sistema colector al de acumulación y desde aquí a los puntos de consumo.

Sistema de medida y control
Su finalidad es conseguir el máximo aprovechamiento del calor obtenido en los colectores solares para que produzca ACS, calefacción o refrigeración de manera eficiente.

La central de regulación se comunica con los sensores de temperatura distribuidos a lo largo del sistema y con la caldera, que sólo debe entrar en funcionamiento cuando sea necesario. Esto reduce la carga de caldera y proporciona un ahorro en energías convencionales.

Futuro de la Energía Solar Térmica

La Energía Solar Térmica ha alcanzado su plena madurez tecnológica y comercial, junto con la posibilidad de garantizar la productividad térmica reduciendo así sus necesidades de mantenimiento. Algunas direcciones en las que se mueve la I+D+i son las siguientes:

  • Mejoras en el diseño, aumentando la calidad de las superficies de recepción solar con cristales especiales, como vidrio con bajo contenido en hierro.
  • Aumento de vida útil de instalaciones de 20 a 30 años.
  • Materiales sintéticos más baratos, sin sacrificar la durabilidad.
  • Empleo del cromo negro como recubrimiento selectivo, que mejora el rendimiento del colector.
  • Mejora de eficacia de los materiales aislantes del colector.
  • Mejora de la eficiencia de los fluidos caloportadores.
  • Desarrollo de sistemas de telemonitorización y telemando de instalaciones.
  • Desarrollo de pavimentos solares flexibles.

 

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