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.

Entre las distintas aplicaciones de la energía solar térmica existe la posibilidad de generar energía eléctrica. La tecnología actual permite calentar agua con la radiación solar hasta producir vapor y posteriormente obtener energía eléctrica.

Aunque el principio de funcionamiento es muy similar existen dos aplicaciones principales de la energía solar térmica:

  • Energía sola térmica para uso en viviendas e instalaciones pequeñas
  • Grandes centrales de energía solar térmica. En estas centrales se concentra el calor en un punto para generar vapor, con el vapor se acciona una turbina para generar energía eléctrica. Una vez generado el calor el funcionamiento de una central de energía solar térmica es muy similar al de una central térmica o una central nuclear. La diferencia radica en que una central térmica el calor para generar el vapor proviene de la combustión de combustibles fósiles, normalmente carbón, y en una centra nuclear, el calor se obtiene fisionando el núcleo de átomos de uranio.

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.

  • Colectores de baja temperatura. Proveen calor útil a temperaturas menores de 65 °C.
  • Colectores de temperatura media. Son los dispositivos que concentran la radiación solar para entregar calor útil a mayor temperatura, usualmente entre los 100 y 300 °C.
  • Colectores de alta temperatura. Trabajan a temperaturas superiores a los 500ºC. Se usan para la generación de energía eléctrica.

Sistemas que forman una instalación de energía solar térmica

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

Esquema básico de una instalación de energía solar térmica

Una instalación solar térmica 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. Su misión es captar la energía solar para transformarla en energía térmica, aumentando la temperatura de fluido que circula por la instalación. 

Existen 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:

  • Captador solar plano. Se trata del captador solar más extendido, se pueden obtener aumentos de temperatura de 60 °C a un coste reducido. Se utiliza en plantas solares térmicas de baja temperatura.
  • Captadores solares térmicos no vidriados. Es frecuente, por ejemplo, para calentar el agua de piscinas. El aumento de temperatura es bajo, en torno a 30 °C. Son más económicos que los captadores solares planos.
  • Captadores solares de vacío. Consisten en tubos de metal que recubren el tubo metálico que contiene el fluido de trabajo dejando entre ambos una cámara que actúa como aislante. Tienen un rendimiento muy elevado, pero su costo también es elevado.
  • Captadores solares con sistemas de concentración de la radiación. Se utilizan para instalaciones que requieren temperaturas más elevadas. Se utilizan paneles en formas parabólicas o semi-cilíndricas.
  • Captadores solares térmicos con sistemas de seguimiento de la posición del Sol. Su posición va variando al largo del día para mantener una posición perpendicular a la radiación solar recibida.

Sistema de acumulación de la energía solar térmica

Esquema de una instalación de energía solar térmica en una viviendaConsiste 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 hidràulica 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.

La instalación de energía solar térmica resulta económicamente más ventajosa económicamente, ya que toda la energía que obtengamos del Sol con los captadores solares térmicos, será energía que nos la ahorraremos de 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, el cual permite acabar amortizando 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, ya que 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 que nos aporta un sistema solar térmico:

  • 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, la instalación de sistemas térmicos presenta un inconveniente: 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: 17 de abril de 2018