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Instalación de energía solar térmica

Planta de energia solar
Termoeléctrica

Energía solar térmica de baja temperatura

Energía solar térmica de baja temperatura

Se consideran instalaciones de energía solar térmica de baja temperatura aquellas instalaciones de energía solar térmica que proveen un calor útil a temperaturas menores a 65ºC mediante la energía solar.

Una instalación solar térmica de baja temperatura está formada por captadores solares, dos circuitos de agua (primario y secundario), intercambiador de calor, acumulador, vaso de expansión y tuberías.

La circulación del agua por dentro de los circuitos se puede obtener mediante termosifón, aprovechando la diferencia de densidad del agua a temperaturas distintas o mediante una bomba de circulación. Aunque con una bomba de circulación se necesita una aportación externa de energía eléctrica.

Aplicaciones de la energía solar térmica

La energía solar térmica de baja temperatura es una forma de energía renovable que se puede aplicar en muchos ámbitos con el fin de poder reducir la dependencia de otras fuentes de energía no renovable como la combustión de gas natural o carbón.

Los sistemas de energía solar térmica a baja temperatura resultan útiles en aplicaciones como el calentamiento de piscinas, para el uso doméstico (agua caliente y calefacción), para usos industriales que requieren agua caliente pero no a mayor temperatura de 65ºC.

Producción de Agua Caliente Sanitaria (ACS)

La principal aplicación de la energía solar térmica es la producción de agua caliente sanitaria (ACS) para el sector doméstico y de servicios. El agua caliente sanitaria se usa a una temperatura de 45 grados centígrados. A esta temperatura se puede llegar fácilmente con captadores solares planos que pueden alcanzar como temperatura media 80 grados centígrados.

Se considera que el porcentaje de cubrimiento del agua caliente sanitaria ACS anual es aproximadamente del 60 %; se habla de este porcentaje, y no superior, para que en la época de mayor radiación solar no sobre energía. La energía aportada por los captadores debe ser tal que en los meses más favorables aporte el 100 %. El resto de las necesidades que no aportan los captadores se obtiene de un sistema auxiliar, que habitualmente suele ser gasóleo, gas o energía eléctrica. Con este porcentaje de cubrimiento los periodos de amortización son reducidos.

Calefacción de baja temperatura

La energía solar térmica a baja temperatura puede ser un complemento al sistema de calefacción, sobre todo para sistemas que utilicen agua de aporte a menos de 60 °C.

Para calefacción con aporte solar, el sistema que mejor funciona es el de suelo radiante (circuito de tuberías por el suelo), ya que la temperatura del fluido que circula a través de este circuito es de unos 45 °C, fácilmente alcanzable mediante captadores solares.

Calentamiento de agua de piscinas

Otra de las aplicaciones extendidas de la energía solar térmica de baja temperatura es la del calentamiento del agua de piscinas. El uso de colectores puede permitir el apoyo energético en piscinas al exterior alargando el periodo de baño, mientras que, en instalaciones para uso de invierno, en las épocas de poca radiación solar, podrán suministrar una parte pequeña de apoyo a la instalación convencional.

Hay que considerar que, en algunos países, la legislación vigente no permite la climatización de piscinas exteriores mediante fuentes de energía convencionales que suelen ser fuentes de energía no renovables.

Para las aplicaciones de calentamiento de agua de piscinas se pueden emplear los captadores solares sin vidrio. Estos paneles solares están formados simplemente por una gran cantidad de diminutos tubos de metal o de plástico dispuestos en serpentín por los que circula el agua.

Estos captadores no necesitan caja ni cubierta de cristal, por esta razón el aumento de temperatura es bajo, en torno a 30 grados Celsius. Las pérdidas de calor son grandes lo que limita su aplicación a otro tipo de instalaciones. Los tubos flexibles toleran bien el paso de aguas agresivas, como el agua de piscina clorada, pero aguantan mal las tensiones mecánicas que se producen al congelarse el agua y los rasguños superficiales. Son más económicos que los captadores solares planos.

Aire acondicionado mediante máquinas de absorción

Uno de los campos de máximo desarrollo de las instalaciones solares térmicas de baja temperatura que se verá en un plazo breve de años será la de colectores de vacío o planos de alto rendimiento que produzcan agua caliente sanitaria ACS, calefacción en invierno y, mediante máquinas de absorción, produzcan frío en el verano.

La utilización de la energía solar térmica de baja temperatura para todos estos sistemas juntos es la mejor forma de aprovechar la instalación, debido a que el uso sólo para agua caliente sanitaria ACS y calefacción produce algún excedente en verano, provocando sobrecalentamientos en la instalación que es necesario evitar mediante algún sistema de los existentes.

Las aplicaciones de la energía solar térmica se extienden también al sector industrial: agua caliente y precalentamiento de agua de proceso, calefacción, aire caliente y refrigeración.

Sistemas 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. 

El tipo de captador térmico más extendido es el captador solar plano que consigue aumentos de temperatura de 60°C a un coste reducido. Estos captadores están indicados para la producción de agua caliente para diversas aplicaciones: agua caliente sanitaria, calefacción por suelo radiante, etc.

El captador solar plano está formado por una placa metálica que se calienta mediante la radiación solar con su exposición al Sol (absorbedor). Esta placa es de color negro de forma que no refleja la radiación solar incidente. Normalmente la placa solar está colocada en una caja con cubierta de vidrio. Por el interior de la caja se hace circular agua a través de un serpentín o un circuito de tubos de forma que el calor se trasmite al fluido a través de un proceso termodinámico. El efecto que se produce es similar al de un invernadero, la luz del Sol atraviesa la placa de vidrio y calienta la placa ennegrecida. El vidrio es una “trampa solar”, pues deja pasar la radiación del Sol (onda corta) pero no deja salir la radiación térmica que emite la placa ennegrecida (onda larga) y como consecuencia, esta placa se calienta y trasmite el calor al líquido que circula por los tubos.

Existen también en el mercado los 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.

Los colectores solares térmicos se componen de los siguientes elementos:

  • Cubierta: La cubierta debe ser de un material transparente, generalmente se trata de vidrio, pero existen determinados plásticos que también se pueden utilizar con la ventaja de ser más baratos y manejables. La función de la cubierta es reducir al mínimo las pérdidas termodinámicas de calor por la transmisión por convección y radiación y por eso debe tener una transmitancia solar lo más alta posible.
  • Canal de aire: El canal de aire es un espacio que separa la cubierta de la placa absorbente y puede estar vacío o no. Para calcular su espesor se deben equilibrar las pérdidas por convección y las altas temperaturas que se pueden producir si es demasiado estrecho.
  • Placa absorbente: La placa absorbente es el elemento que absorbe la energía solar y la transmite el calor al líquido que circula por las tuberías. La principal característica de la placa absorbente es que tiene que tener una gran absorción de la radiación solar y una emisión térmica reducida. Para cumplir este requisito se utilizan materiales combinados para obtener la mejor relación absorción / emisión.
  • Tubos o conductos: Los tubos están tocando (a veces soldados) la placa absorbente para maximizar el intercambio de energía calorífica por conducción térmica. Por los tubos circula el líquido que se calentará y transportará el calor hacia el tanque de acumulación.
  • Capa aislante: La finalidad de la capa aislante es recubrir el sistema para evitar y evitar pérdidas térmicas. Para que el aislamiento sea el mejor posible, el material aislante deberá tener una baja conductividad térmica.
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Última revisión: 12 de abril de 2019