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Instalación de energía solar térmica

Planta de energia solar
Termoeléctrica

Energía solar térmica

Energía solar térmica

La energía solar térmica consiste en el aprovechamiento de la energía procedente del Sol para transferirla a un medio portador de calor, generalmente agua o aire. Se trata de una forma de energía renovable, sostenible y respetuosa con el medio ambiente. Esta forma de generar energía puede aplicarse en viviendas e instalaciones pequeñas pero también en grandes centrales de energía solar térmicas.

Entre las distintas aplicaciones de esta fuente de energía renovable existe la posibilidad de generar electricidad mediante una central termosolar. La tecnología actual permite calentar agua con la radiación solar hasta producir vapor y posteriormente obtener energía eléctrica. Aunque el rendimiento termodinámico no es muy elevado comparado con otros sistemas, el precio del combustible es nulo.

Principio de funcionamiento de una central termosolar

El principio de funcionamiento de este tipo de insalaciones solares es muy similar existen dos aplicaciones principales de la energía solar térmica. En estas centrales termosolares se concentra la radiación solar en un punto para generar vapor, con el vapor se acciona una turbina de vapor conectada a una generador eléctico. El generador eléctrico es el encargado de transformar la energía mécanica en electricidad. El funcionamiento de una central termosolar es muy similar al de una central térmica o una central nuclear. La diferencia radica en la forma de generar calor para obtener vapor. En una central térmica el calor proviene de la combustión de combustibles fósiles (normalmente carbón), en una centra nuclear el calor se obtiene fisionando el núcleo de átomos de uranio y, finalmente, en una central termosolar el calor se obtiene gracias a la radiación solar.

Los colectores de energía solar térmica son los encargados de captar la energía térmica de la radiación solar. Estos colectores solares se clasifican como colectores de baja, media y alta temperatura dependiendo de su forma de trabajar.

    El esquema básico de una instalación de energía solar térmica es el siguiente:

    Esquema básico de una instalación de energía solar térmica

    Una instalación termosolar está formada por varios sistemas:

    Sistema de captación de radiación solar

    El sistema de captación de radiación solar está formado por captadores solares conectados entre sí. La función de esots paneles es captar la energía solar para transformarla en energía térmica, aumentando la temperatura de fluido que circula por la instalación. 

    Existe una gran cantidad de sistemas de captación de la radiación solar. La elección de un sistema u otro dependerá principalmente de si se trata de instalaciones térmicas solares de baja, media o alta temperatura.

    Entre los distintos sistemas de captación solar destacamos:

    Sistema de acumulación de la energía solar térmica

    Esquema de una instalación de energía solar térmica en una viviendaUn sistema de acumulación de energía solar térmica consiste en almacenar la energía calorífica en un depósito de acumulación para su posterior utilización. El agua caliente obtenida mediante el sistema de captación, es conducida hasta el sitio donde se va a utilizar.

    El agua caliente almacenado se puede utilizar directamente, como es el caso del calentamiento del agua de una piscina, en aplicaciones de agua caliente sanitaria o calefacción la demanda.

    Debido a que el momento de necesidad de agua caliente no siempre coincide con el momento en el que hay suficiente radiación será necesario aprovechar al máximo las horas de Sol para acumular la energía térmica en forma de agua caliente.

    El sistema de acumulación de energía térmica está formado por uno o más depósitos de agua caliente. La dimensión de los depósitos de almacenamiento deberá ser proporcional al consumo estimado y debe cubrir la demanda de agua caliente de uno o dos días.

    Sistema de distribución de la energía solar térmica

    Una vez que los captadores solares han calentado el medio portador de calor (agua o aire) aumentando su energía térmica, podemos trasladar esta energía térmica a otras fuentes más frías.

    En este sistema se engloban todos los elementos destinados a la distribución del medio portador de calor y acondicionamiento a consumo: control, tuberías y conducciones, vasos de expansión, bombas, purgadores, válvulas, etc. También forma parte de este sistema el sistema de apoyo basado en energías convencionales (eléctricos, caldera de gas o gasóleo), necesarios para prevenir las posibles faltas derivadas de la ausencia de radiación solar y hacer frente a los picos de demanda.

    Sistemas convencionales de apoyo energético

    Las instalaciones de energía solar térmica necesitan sistemas de apoyo convencionales en previsión a la falta de radiación solar o a un consumo superior al dimensionado. En la mayoría de los casos tanto en instalaciones en viviendas unifamiliares, como en edificios de viviendas, las instalaciones solares se diseñan para proporcionar a las viviendas entre el 60-80 % del agua caliente demandada, aunque en zonas con gran insolación a lo largo del año, el porcentaje de aporte suele ser superior.

    Estos sistemas de apoyo energético puede ser de diversas fuentes. Si la instalación está conectada a la red se puede aprovechar el suministro eléctrico de la propia compañía eléctrica. En otrso casos se puede se pueden utilizar otras fuentes de energía renovable (energía eólica o energía hidráulica si las condiciones lo permiten) o fuentes de energía no renovable. Las fuentes de energía no renovable pueden ser a partir de derivados de combustibles fósiles (petróleo, carbón o gas natural), en algunas instalaciones se utilizan calderas de pelet o de biomasa.

    En los meses de más baja radiación solar no se llega a cubrir el 60 % de las necesidades de energía. Por el contrario, en los meses de verano se alcanza prácticamente el 100 % de las mismas. Así, el objetivo con el que se diseñan las instalaciones solares térmicas es cubrir un mínimo de un 60 % de las necesidades energéticas anuales dependiendo de la zona geográfica.

    Pretender cubrir por encima de un 60 % o 70 % anual de energía solar térmica requeriría colocar un campo solar muy grande, por lo que resultaría un costo sumamente elevado que no se llegaría a amortizar nunca. Además, una instalación solar térmica tan grande provocaría que en los meses de mayor radiación solar se generase un excedente de producción que no se podría utilizar y que provocaría problemas de sobrecalentamiento en toda la instalación.

    Por este motivo las instalaciones que mejor funcionan y antes se rentabilizan son las que necesitan agua caliente sanitaria para todo el año, calefacción para invierno y cuentan con piscina para verano o incluso todo el año.

    Aspectos económicos y sociales de una instalación de energía solar térmica en una vivienda

    La inversión inicial de un sistema de energía solar térmica será mayor frente a un sistema de suministro energético convencional. Por otra parte, el su coste de funcionamiento durante los más de 25 de años de vida de la instalación solar térmica será irrelevante comparado con el de la compra de combustible o energía eléctrica, reparaciones, mantenimiento, etc. asociado al sistema energético convencional.

    Una de las ventajas de la energía solar está en la parte económica: toda la energía que obtengamos del Sol con los captadores solares térmicos, será energía que nos será necesario producir (quemando combustible en una caldera) o de consumir (de la red eléctrica de distribución). Una instalación de energía solar térmica acaba rentabilizándose a lo largo de los años, ya que el ahorro energético que produce se materializa en ahorro económico. Al cabo de los años, el ahorro económica nos permitirá amortizar el coste de la instalación. Esta amortización puede oscilar entre los 5 y 12 años dependiendo del tamaño de la instalación, de las ayudas obtenidas a fondo perdido, del lugar donde se instale (mayor o menor radiación solar) y de las necesidades mayores o menores del usuario.

    En el caso de colocar estas instalaciones solares térmicas en viviendas de nueva construcción o rehabilitación, la amortización se puede considerar instantánea. El incremento que representa en el precio total de la vivienda es muy pequeño; el importe que se paga por ese mayor costo en un préstamo hipotecario cada año es inferior al importe en euros que supone el menor gasto de gas o gasóleo.

    Destacamos las principales ventajas de la energía solar térmica:

    • Ventajas económicas. Para unas mismas necesidades el sistema convencional precisará consumir menos combustible (derivados de combustibles fósiles o biomasa), lo que representará para el usuario un menor gasto anual. Además, la energía solar es independiente del combustible convencional y su abastecimiento, dado que es compatible con cualquier sistema convencional e independiente de la variación del precio de compra del combustible.
    • Ventajas medioambientales, puesto que la generación de energía con sistemas convencionales posee unos costes ambientales muy importantes (emisiones de CO2, cambio climático, efecto invernadero, vertidos, residuos nucleares, lluvia ácida, etc.) en relación con los sistemas solares. Como término medio, un m2 de captador solar térmico es capaz de evitar cada año la emisión a la atmósfera de una tonelada de CO2.
    • Fácil mantenimiento. La vida útil de las instalaciones solares térmicas es superiores a 25 años y el mantenimiento que requiere, si bien es necesario hacer, es de mucha menor entidad que en el caso de los sistemas convencionales.

    Sin embargo, uno de los inconvenientes de la energía solar térmica es que se precisa la instalación del mismo sistema convencional que el que resultaría si no se instalasen los captadores solares. A veces resulta problemático su montaje en edificios existentes como consecuencia de su falta de previsión a nivel de proyecto.

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    Referencias

    Última revisión: 12 de septiembre de 2019