Instalación de energía solar térmica

Planta de energia solar
Termoeléctrica

Circulación forzada en energía solar térmica

Circulación forzada en energía solar térmica

Una instalación de energía solar térmica con circulación forzada és una instalación en la qual el agua circula dentro del circuito impulsada por una bomba. Con la circulación forzada se fuerza el movimiento de agua en el circuito cerrado mediante una bomba. Esta característica supone una gran diferencia con respecto a las instalaciones de agua caliente sanitaria con termosifón. De esta forma, mueve de forma artificial el agua caliente no hasta el punto más alto del circuito cerrado, sino que lo hace bajar des de los colectores solares hasta donde se encuentra el acumulador.

En numerosas ocasiones no es viable instalar equipos de energía solar térmica para la obtención de agua caliente sanitaria por termosifón, dado que a menudo la ubicación de los captadores solares está por encima del acumulador (por ejemplo, captadores a la tejado y acumulador dentro de la vivienda, campos de captadores, etc.).

En este tipo de instalación solar térmica el agua que circula entre los captadores solares y el acumulador no puede hacerlo por convección natural dado que el agua más caliente (a los captadores solares) ya se encuentra en su punto más alto y no hay ningún fuerza natural que la haga desplazar al agua fría que ya está en el punto más bajo y es la más pesada. Para conseguir la circulación del agua se necesitará una bomba de agua convencional, con lo que necesitaremos la aportación de una fuente de enrgía externa. El circulador (bomba) impulsa el fluido (generalmente desde la parte inferior del acumulador, zona fría) en dirección hacia la parte inferior de los captadores solares.

Los sistemas forzados son siempre indirectos, salvo las utilizaciones de climatización de piscina donde se puede emplear el propio sistema de impulsión de filtrado del agua del vaso.

Al utilizar una fuente de energía externo, esta forma de aprovechamiento de la energía solar ya no se puede considerar una sistema de energía solar pasivo. Si además, la fuente de electricidad no proviene de una fuente de energía renovable tampoco se podrá considerar como una forma de energía completamente renovable.

Ventajas y desventajas de los sistemas solares térmicos de circulación forzada

A la hora de escoger un sistema solar térmico con circulación forzada hay que tener en cuenta las ventajas y desventajas asociadas a este sistema.

Ventajas del sistema de circulación forzada

La principal ventaja de las instalaciones solares térmicas de circulación forzada es que la estructura de la vivienda no condiciona para su ubicación. En una instalación solar térmica con termosifón se requiere poner el acumulador en el exterior puesto que debe estar más alto que los colectores solares. En este caso, el acumulador de agua caliente puede estar en el interior del edificio y en el exterior solo será necesario instalar las placas solares.

La posibilidad de colocar el acumulador en el interior de la vivienda te permite instalar un acumulador más grande, queda mejor aislado y, al no estar expuesto a la climatología, mejorará su durabilidad.

La eficiencia térmica es mayor que en el sistema solar térmico con termosifón debido a que al poder regular la velocidad del agua que circula por el colector solar se puede optimizar para obtener el mayor rendimiento térmico de acuerdo con las leyes de la termodinámica.

Desventajas del sistema de circulación forzada

Por otro lado, los sistemas de circulación forzada implican ciertos inconvenientes:

El sistema requiere de la instalación de una bomba de agua para permitir la circulación del agua. La presencia de la bomba implica un aumento del coste de mantenimiento puesto que aparecen más elementos con posibilidad de sufrir averías.

La eficiencia global energética del sistema solar térmico con circulación forzada es menor que con el sistema de termosifón. Si bien antes explicábamos que la eficiencia térmica era mayor, hay que tener en cuenta que hay que invertir una cierta cantidad de energía eléctrica para el funcionamiento de la bomba de agua.

Elementos básicos de un sistema solar con circulación forzada

Las instalaciones de energía solar térmica con circulación forzada, disponen de los siguientes elementos:

Captadores solares: los captadores solares son los encargados de transformar la radiación solar en energía térmica. Como que en estos montajes la circulación del fluido a través del captador es forzada, las pérdidas de carga (resistencia al paso del agua) no son una limitación importante en cuanto a su valor, ya que se podrán compensar a la hora de elegir la bomba de agua. Lo que sí será vital es conocer las pérdidas de carga de seleccionar la bomba circuladora óptima.

En las instalaciones de energía solar térmica de circulación forzada, se pueden utilizar indistintamente captadores solares verticales y / o horizontales en función de criterios de integración, aunque los verticales presentan un mejor rendimiento.

Acumulador: el acumulador es un depósito donde se almacena el agua calentada. Este tipo de montaje permite utilizar fuerza variantes en cuanto al acumulador, dado que el circulador hará pasar el agua por el intercambiador térmico que incorpore o de un intercambiador externo para las instalaciones con volúmenes de acumulación elevados.

Sistema de control de un sistema con circulación forzada

En los equipos con circulación forzada, hay que controlar la bomba de manera que sólo impulse el agua en los momentos en que puede haber ganancia energética (momentos en que haga Sol y, por tanto, la temperatura del fluido de los captadores sea superior a la del acumulador). Evitando el derroche energético en horas nocturnas o en que la radiación solar recibida es insuficiente.

El termostato diferencial es el  aparato encargado de hacer esta función. El termostato diferencial compara continuamente las temperaturas del captador y del acumulador conectando o desconectando la bomba en función de qué temperatura es superior.

Elementos de seguridad de un sistema con circulación forzada

Para proteger el captador solar de sobrepresiones es obligatorio instalar una válvula de seguridad, en cada grupo o hilera de paneles solares.

Por otra parte, el circuito primario estará dotado de un grupo de seguridad que constará de como mínimo: un vaso de expansión, una válvula de seguridad y un manómetro.

Asimismo, estas instalaciones incorporarán sistemas de protección activa contra bajas temperaturas (heladas) o contra altas temperaturas (sobrecalentamientos).

Grupo de circulación

El grupo de circulación es un elemento imprescindible en las instalaciones solares térmicas de circulación forzada. Se trata del elemento que permite la circulación del fluido por el circuito, generalmente una bomba.

El grupo de circulación se situará generalmente en la parte inferior del acumulador (zona fría), en dirección hacia la parte inferior de los captadores. Además, dispondrá de los siguientes elementos:

  • Circulador electromecánico para circuitos cerrados, del tipo que se utiliza en circuitos de calefacción.
  • Válvula antirretorno, para evitar circulaciones inversas no controladas.
  • Regulador de caudal, que permitirá ajustar el caudal del circuito.
  • Filtro, que garantizará la durabilidad de los elementos del circuito.
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Referencias

Última revisión: 26 de febrero de 2019