La energía solar térmica o energía termosolar consiste
en el aprovechamiento de la energía del Sol para generar calor mediante el uso
de colectores o paneles solares térmicos. Esta energía solar se encarga de
calentar el agua u otro tipo de fluidos a temperaturas que podrán oscilar entre
40º y 50º, no debiendo superar los 80º.
Esta energía térmica se podrá intercambiar con un
circuito secundario para producir calor en una instalación de calefacción o
para calentar las necesidades de agua caliente sanitaria o de una piscina
climatizada.
Actualmente también tenemos la posibilidad de
alimentar una máquina de refrigeración por absorción, que empleará esta energía
solar térmica en lugar de electricidad para producir frío como lo haría un
aparato de aire acondicionado tradicional.
El
funcionamiento de la captación de energía solar térmica se basa en captar los
rayos solares mediante colectores o paneles solares por el que se hace circular
agua u otro fluido de características similares y de esta manera una parte del
calor absorbido por el panel solar es transferido al fluido que mediante unos
conductos de un circuito primario será conducido a un depósito de almacenaje
donde mediante un intercambiador transferirá la energía térmica a otro circuito
secundario por el que circulara el agua sanitaria o el agua de un circuito de
calefacción.
Imagen extraida de monografico CENSOLAR
La aplicación de la energía solar térmica para el calentamiento de agua caliente sanitaria (ACS) es la aplicación más extendida en el sector de la edificación. La aplicación como calefacción es menos frecuente, debido a que la máxima demanda de calefacción se produce en los meses de invierno que son los meses con menor radiación solar disponible., motivo por el que se necesita de una mayor superficie de colectores solares instalados, lo cual tiene un menor rendimiento anual para desperdiciar calor en verano, pudiendo además ocasionar problemas de sobrecalentamiento de los circuitos en los meses de verano. Es por todo ello que actualmente la producción de agua caliente sanitaria es la aplicación más extendida de la energía solar térmica. Los sistemas están diseñados para cubrir el 100% de la demanda de agua caliente durante los meses de verano, y el 50-80% del total del resto de meses del año
En el Estado Español es obligatorio desde el año
2006 el Código Técnico de Edificación –CTE- el cual establece la obligación de
proveer un porcentaje de agua caliente sanitaria mediante colectores solares
térmicos en el Documento Básico de Ahorro de Energía, Sección HE 4
(Contribución solar mínima de agua caliente sanitaria). El porcentaje que se ha
de cubrir con energía solar térmica depende de la zona climática donde se
ubique el edificio, siendo mayor donde la radicación solar es mayor. Esta
obligación afecta a:
- Los edificios de nueva construcción o a edificios existentes en que se reforme íntegramente el edificio en sí o la instalación térmica, o en los que se produzca un cambio de uso característico del mismo, en los que exista una demanda de agua caliente sanitaria (ACS) superior a 50 l/d;
- Las ampliaciones o intervenciones, no cubiertas en el punto anterior, en edificios existentes con una demanda inicial de ACS superior a 5.000 l/día, que supongan un incremento superior al 50% de la demanda inicial;
- Las climatizaciones de: piscinas cubiertas nuevas, piscinas cubiertas existentes en las que se renueve la instalación térmica o piscinas descubiertas existentes que pasen a ser cubiertas.
Partes fundamentales de la instalación solar térmica en edificación:
- Subconjunto de captación
- Subconjunto de almacenamiento
- Subconjunto de termotransferencia
- Subconjunto de energía de apoyo
- Subconjunto de regulación y control
Subconjunto de captación
El subconjunto de captación es el encargado de captar
la energía solar incidente y transformarla en energía térmica y está formada básicamente
por colectores, elementos de sujeción y otros accesorios.
El colector es el encargado de captar la energía
solar térmica. El colector más común es el de placa plana, aunque en las zonas
más frías o con menores índices de radiación se utiliza el colector de vacío,
cuyo rendimiento sigue siendo elevado a bajas temperaturas o con radiación
difusa.
Imagen extraida de monografia FENERCOM
Es importante que los colectores estén ubicados en
cubiertas y lugares altos para evitar que sean afectados por las sombras
provocadas por otras construcciones, arboles, etc… Su ha de evitar que los
colectores estén ubicados en lugares públicos, ya que en caso contrario pueden
ser afectados por actos de vandalismo.
Los subconjuntos de captación básicamente pueden ser
- Sistemas termosifonicos
- Sistemas forzados
Sistema Termosifónico
El colector termosifonico es
el sistema más utilizado en viviendas unifamiliares debido a su bajo coste
económico y fácil instalación, así como bajo mantenimiento. Su funcionamiento
es muy sencillo ya que el agua se calienta a través de los paneles solares en
un circuito primario, y esta a su vez calienta un depósito acumulador de doble
envolvente donde está el agua de consumo o ACS.
Los sistemas termosifones utilizados habitualmente
en una vivienda unifamiliar tipo tienen un colector aproximado de 2-5 m2
y un depósito de 100-200 litros.
Su
instalación es bastante sencilla y no requiere de obras ni remodelaciones. Se
instalan tanto en cubiertas inclinadas (tejados), como en cubiertas planas
(azoteas).
Sistemas Forzados
Este tipo de instalaciones
son más estéticas debido a que los captadores se integran perfectamente en el
tejado y el acumulador se instala en el interior de la vivienda. En este tipo
de instalaciones el agua es impulsada a través de una bomba de recirculación
controlada por una centralita.
Los sistemas con circulación forzada utilizados en
una vivienda unifamiliar tipo tienen generalmente un colector de 3 a 6 m2
y un acumulador de 150-400 litros.
Para instalaciones grandes que dan servicio a
edificios plurifamiliares, bloques de apartamentos, hoteles o edificios de
oficinas se utiliza una superficie de colectores que puede variar desde los 10
hasta centenares de m2.
En las instalaciones mixtas que se utilizan para
cubrir la demanda de calefacción además de la de agua caliente sanitaria ACS se
utiliza una superficie de colectores que está entre los 7 y los 20 m, y la
capacidad del acumulador entre los 300 y los 2.000 litros. Estos sistemas son
más complejos que los que se utilizan sólo para el agua caliente sanitaria.
Subconjunto de almacenamiento
La instalación
de energía solar térmica ha de disponer de un sistema de almacenamiento de la
energía, para hacer frente a los periodos con menor radiación solar.
La forma más
sencilla y habitual de almacenar energía es mediante acumuladores de agua
caliente de forma cilíndrica colocados en vertical y preferiblemente de una
altura grande, de manera que se favorezca el fenómeno de la estratificación. La
estratificación se produce al disminuir la densidad del agua con el aumento de
la temperatura de modo que cuanto mayor sea la altura del acumulador mayor será
la diferencia entre la temperatura en la parte superior e inferior del mismo.
Por la parte superior se extrae el agua para su consumo, mientras que el
calentamiento solar se aplica en la parte inferior. Así se consigue hacer
funcionar los colectores a la mínima temperatura posible, lo que aumenta por
tanto su rendimiento.
Subconjunto de transferencia
El subconjunto
de transferencia está formado por el intercambiador y aquellos elementos de la instalación encargados de transferir la
energía térmica del circuito primario que trasporta la energía captada en los paneles
solares y el circuito secundario por donde circula el agua sanitaria o la de la
calefacción.
Otro elemento
de vital importancia en el subconjunto de termo transferencia es el depósito de
expansión cuya función es absorber las dilataciones del agua.
Subconjunto de energía de apoyo
Como ya se ha
dicho anteriormente la energía solar no permite satisfacer la totalidad de la
demanda energética, siendo especialmente importante en el caso de instalaciones
de calefacción. En estos periodos la energía solar ha de ser complementada con
una energía de apoyo.
Los sistemas
de apoyo pueden ser muy variados, incluyendo calderas de biomasa, gas, bombas
de calor, resistencias eléctricas, etc….
Es por ello
que existen diferentes posibilidades de integrar un sistema auxiliar de energía
de apoyo:
- Aplicar el sistema auxiliar directamente en el acumulador de ACS.
- Aplicar el sistema auxiliar directamente en un segundo acumulador alimentado por el primero.
- Situar un sistema auxiliar instantáneo después del acumulador del ACS.
Subconjunto de regulación y control
Los elementos
de regulación permiten asegurar que la instalación solar aporte energía útil en
todos los momentos en los que el balance de energía captada sea mayor a las
perdidas, y que evite la circulación en el circuito en los momentos en que no
suponga una ganancia térmica o una disposición de energía acumulada al
exterior.
Los elementos
de control sirven para monitorizar la instalación con diversas funciones como
son el asegurar que en ningún caso las bombas puedan estar en marcha con unas
diferencias de temperaturas determinadas por las características de la
instalación así como conocer el periodo que la instalación solar ha estado en funcionamiento.
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