ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

La energía solar térmica consiste en el aprovechamiento directo; en forma de calentamiento o energía calorífica, de la radiación solar incidente. Una instalación solar térmica está formada básicamente por un campo de colectores solares, un conjunto de cañerías aisladas térmicamente y un dispositivo acumulador de agua.

El captador solar

El captador/colector solar es el elemento básico de una instalación solar para el aprovechamiento térmico de la radiación solar. El captador es el encargado de capturar la energía del sol e introducirla en el sistema en forma de calor. El tipo de utilización condicionará el captador empleado en la instalación.

Actualmente podemos diferenciar entre dos tipos principales de captadores en el mercado:

• Los captadores planos o de placa plana con o sin cubierta vidriada en función de la aplicación. Son los más empleados en los sistemas solares a baja temperatura, es decir para calentar piscinas y producir agua caliente sanitaria, e incluso para suministrar calefacción con temperaturas de captación inferiores a los 100 ºC.

• El captador de concentración de la radiación:
  • captadores cilíndricos
  • captadores parabólicos
  • captadores de tubo de vacío
  • concentrador cilíndrico parabólicos (CPF)

  

Aplicaciones de la energía solar térmica

1. Producción de agua caliente sanitaria (ACS)
2. Calefacción radiante
3. Climatización de piscinas
4. Refrigeración solar

1. 1.    Producción de agua caliente sanitaria (ACS)

Es la aplicación más rentable y más común de la energía solar térmica. Normalmente las instalaciones no se dimensionan para resolver el 100% de las necesidades de agua caliente, puesto que la superficie exigida para cubrir estas necesidades a el invierno, cuando menos radiación hay, daría lugar a la construcción de granos centrales difícilmente amortizables. Es más común, por lo tanto, la combinación de instalación solar con un sistema de calentamiento convencional (de gas, eléctrico, etc.) de forma que el dispositivo solar resuelve un parte del consumo de energía (fracción solar) y el resto utiliza el sistema convencional.

Estas instalaciones se componen básicamente por:

• Captador solar: un sistema de captación de la radiación que proviene del sol.
• Depósito acumulador: un sistema de almacenamiento de la energía térmica obtenida.
• Sistemas de control y gestión: sistemas de distribución del calor y de consumo.

El captador solar

El captador solar, también denominado colector solar, transforma la radiación solar en calor. El captador solar más utilizado es el captador plano de cubierta vidriada. Su funcionamiento está basado en el efecto invernadero, se decir, capta la radiación solar en su interior, la transforma en energía térmica y evita la salida a el exterior.  Esto se consigue interponiendo una superficie sólida, el absorbente, con un coeficiente de absorción,  el más elevado posible (por esto la mayoría de captadores solares son de color negro que absorbe la máxima radiación).

Una vez absorbida el 90% de la energía incidente, que se transforma en calor, se ha de evitar que esta se disipe. Por esto se aíslan los laterales y la parte posterior del colector con un material aislante. Además se coloca un vidrio entre la cara superior y el ambiente para reducir las pérdidas por convección y las de radiación. Para facilitar la transmisión del calor captado por el absorbente al fluido térmico (agua, aire), se hace circular este fluido de forma que tenga la máxima superficie de contacto posible con el absorbente.

En resumen, la radiación solar, al llegar al captador, atraviesa la cubierta transparente e incide sobre la superficie absorbente, que capta esta radiación y la transmite, en forma de energía térmica, al fluido que circula. En los circuitos cerrados dónde no hay mezcla entre el agua que circula por los captadores (circuito primario) y el agua destinada a consumo (circuito secundario) se utiliza coma fluido agua con un líquido anticongelante. En los circuitos abiertos, circula directamente por el captador el agua de consumo.

Estos captadores trabajan normalmente a temperaturas superiores a las ambientales y llegan con facilidad a los 50-60 ºC. Esta temperatura permite almacenar el agua captada en el acumulador por ser posteriormente suministrada a los consumos.

Como norma general los captadores han de instalarse orientados al sur para captar al máximo la radicación solar (con una variación aceptable de más menos 15º). Su inclinación respeto al plan horizontal debe ser igual a la latitud de el emplazamiento, 35º (con una variación aceptable de más menos 15º), que es la inclinación que más radiación capta a lo largo de el año (perpendicular a los rayos solares cuando estos tienen la máxima intensidad). Aun así es importante acomodar la curva de captación de energía a la curva de consumo, se a decir, se habrá de inclinar el captador de forma que esté perpendicular a los rayos solares en época de más consumo.

Depósito acumulador

Sirve para acumular la energía en los momentos del día en que se genera (cuando hay sol) y utilizarla cuando se produce la demanda. En instalaciones pequeñas es posible incorporar el acumulador a la parte superior del captador, son los equipos denominados termosifones, que aprovechan la circulación de el agua por diferencia de temperaturas (convección).

Sistema de distribución de calor y consumo

Consta de sistemas de control y gestión de las instalaciones, cañerías, conducciones, bombas por hacer circular el agua, purgadores de aire y válvulas diversas.

Sistema de apoyo

Para suplir posibles periodos sin sol, las instalaciones solares térmicas incorporan un sistema convencional de calentamiento de agua, que sólo se usa cuando la energía generada por la instalación solar no es suficiente para cubrir la demanda de agua.

1. 2.    Calefacción Radiante

La calefacción de un local o vivienda se puede hacer mediante la introducción de aire caliente a su interior o bien mediante elementos calefactores por dentro de los cuales circula agua (Calefacción Radiante).

Del mismo modo el aprovechamiento de la radiación solar para la calefacción se puede realizar mediante captadores de aire o de agua.

La calefacción de una vivienda con energía solar se pude combinar el calentamiento del agua de una piscina en verano y la producción de agua caliente sanitaria durante todo el año. El equipo solar se dimensiona siempre teniendo en cuenta unas necesidades energéticas normales, hay que decir, las puntas de demanda se habrán de cubrir con un sistema de apoyo. Como que los captadores solares, utilizados en la mayoría de las instalaciones de calefacción, trabajan en temperaturas bajas, no es adecuado utilizar radiadores convencionales, puesto que necesitan agua a 80-90ºC para su funcionamiento, mientras que los captadores solares planos trabajan con un rendimiento aceptable produciendo agua caliente a 50ºC.

La tecnología utilizada elimina definitivamente los problemas de los sistemas de climatización habituales: no más temperaturas ni humedades heterogéneas, ni flujos de aire molestos o peligrosos, ni antiestéticos radiadores o convectores de aire.

El  sistema radiante engloba pared, suelo o TECHO.

De hecho, utilizando cualquier estructura del ambiente, ya sea pared, suelo o techo, la temperatura requerida se irradiará envolviéndonos de manera uniforme. Una economía de gestión impensable con los demás tipos de sistemas, ya que el mismo trabaja a temperaturas muy bajas en invierno (30ºC), y altas en verano (15ºC).

1. 3.    Climatización de piscinas

El Reglamento de instalaciones térmicas en los edificios (RITE) especifica que el consumo de energías convencionales para el calentamiento de piscinas es permitido sólo cuando estas estén instaladas en locales cercados. Quedando prohibido el calentamiento directo de el agua de una piscina descubierta a partir de una caldera.

Para piscinas al aire libre, por lo tanto, la energía solar térmica es la opción más adecuada para su climatización. La mayoría de piscinas descubiertas se utilizan durante unos pocos meses al año debido al enfriamiento del agua. Una forma eficiente, limpia y económica de calentar el agua de estas piscinas es utilizando la energía solar.

Con captadores solares sencillos se puede conseguir aumentar la temperatura del agua hasta los 23-28ºC. El hecho de que las temperaturas de trabajo sean bajas y la época habitual de uso muy favorable (los meses de más radiación solar) hacen posible que estas instalaciones sean fuerza simples, utilizando el modelo de captador más sencillo y económico del mercado.

Así un sistema formado por unos captadores solares térmicos que permiten el paso por su interior del agua de la piscina agua impulsada por la gravedad o por una bomba, intercalados en el circuito de los filtros de depuración y algunas válvulas de regulación, consigue aumentar la temperatura hasta, óptima confortable. El intercambiador térmico transfiere el calor generado por las placas y mediante el sistema de bombeo aseguras la circulación directa del agua caliente a la piscina. La superficie de captación necesaria se puede calcular en función de la superficie de la piscina a calentar y de la zona climática dónde esté ubicada. En nuestras latitudes normalmente se necesita una superficie de captadores de 30-50% de la superficie de la piscina.

1. 4.    Refrigeración solar

Frío solar mediante absorción

La máquina de frío solar por absorción, es un equipo de climatización solar de gran eficiencia que cuenta con la capacidad especial de almacenar energía y de suministrar tanto frío como calor.

Funcionamiento

La tecnología patentada de triple fase de absorción permite ser el primer producto en conseguir un almacenamiento e integración de la energía de forma eficiente

La máquina consta de tres circuitos externos:

• Fuente térmica de calor. Por ejemplo, colectores solares.
• El sumidero o disipador de calor para carga y descarga. (Por ejemplo, piscina, torre de refrigeración, agujeros geotérmicos...)
• El aporte frío o sistema de distribución de aire acondicionado para refrigerar y calentar. (Por ejemplo, suelo radiante, fan coils...)

Carga

• El líquido caliente procedente de la fuente térmica necesita estar por lo menos 50º C por encima de la temperatura del disipador de calor.
• La temperatura de carga continua máxima es de 95º C.
• Los dos barriles pueden ser cargados en paralelo, doblando de esta manera la potencia de carga.
• El caudal típico del circuito del panel solar térmico es de 15 l/min.

Mediante una máquina de absorción se puede producir frío a partir de calor. Esta tecnología se basa en la combinación de fluidos miscibles entre sí a una temperatura y no miscibles a otra. De esta manera se consigue que por un lado la energía solar evapore uno de los líquidos, mientras que por el otro lado del sistema, que está más frío, el líquido se vuelva a licuar y disolver con su portador.

Este mecanismo es el esencial de condensar y evaporar que utilizan las máquinas estándares de refrigeración, aunque estas utilizan la electricidad en vez de la energía solar.

Aun así aunque la refrigeración solar es posible, se necesita una temperatura superior a los 80ºC para conseguir el proceso, por lo tanto se debe disponer de captadores solares específicos que permitan lograr estas temperaturas. Normalmente los captadores utilizados son los de tubo de vacío o los CPC, donde unos reflectores cilindro parabólicos concentran la radiación solar sobre el absorbedor.