¿CÓMO FUNCIONA LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA DE BAJA TEMPERATURA?

¿CÓMO FUNCIONA LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA DE BAJA TEMPERATURA?

Desde hace varios años, oímos hablar sobre la energía solar térmica, vemos instalados paneles solares en las cubiertas de los edificios, viviendas unifamiliares, hoteles, etc. considerándola una energía limpia y eficiente. En este artículo explicaremos como funciona, qué elementos se necesitan y qué debemos tener en cuenta para sacarle el mayor rendimiento. Así mismo, indicaremos las ventajas de este tipo de energía en cuanto a su rentabilidad y eficiencia energética.

¿En qué consiste la Energía Solar Térmica?

Para hacerse una idea, indicamos que el porcentaje de consumo energético de agua caliente sanitaria de una vivienda o un hospital, corresponde a un 20%. En hoteles, dependiendo del tipo de establecimiento, rondaría el 23%. Por lo tanto, es uno de los sistemas donde podemos actuar para reducir costes, con el consiguiente ahorro energético y disminución de emisiones de CO2. Indicar también, que la energía solar térmica, no sólo se usa para el aprovechamiento en grifos y duchas, sino que se puede utilizar como apoyo para calentamiento de piscinas, calefacción, precalentamientos etc.

Pero, ¿en qué consiste la Energía Solar Térmica?. Pues la respuesta es sencilla. Si disponemos de una fuente inagotable de energía, como es la radiación solar, y con ella podemos calentar un fluido sin la utilización de ningún combustible y aprovecharla para diferentes usos, la idea parece genial ¿no?. Por ello, una de las palabras clave en la energía solar térmica es el aprovechamiento de la energía del sol.

Una vez que sabemos que nos podemos aprovechar de esa energía, necesitamos elementos que permitan captarla, transportarla, cederla y acumularla.

¿Cuáles son los Componentes de una  Instalación de Energía Solar Térmica?

Los elementos básicos que intervienen en una instalación de este tipo son los siguientes:

Captadores  o Paneles Solares

paneles energía solar térmica

Paneles Solares Térmicos

Nos permiten captar la radiación solar y calentar el fluido caloportador que circula por ellos. Los hay de diferentes tipos y con diferentes rendimientos.

Circuito  Hidráulico

tuberías cobre circuito hidráulico energía solar térmica

Tubería Cobre Circuito Hidráulico

Lógicamente, necesitaremos un circuito por donde transportar el agua calentada en los captadores. Este circuito será cerrado (instalaciones más habituales). Por lo tanto, hablaremos de circuitos de ida (salida de paneles) y retorno (entrada a paneles). Podemos hacer un símil, en el que los captadores corresponderían a una caldera que caliente el agua, y el circuito cerrado, a la ida y retorno de una instalación de calefacción.

Intercambiador de Calor

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Intercambiadores de Placas

En la instalación solar térmica, debemos ceder el calor transportado mediante un intercambiador de calor. Continuando con el símil de una instalación de calefacción, en ella cedemos el calor al ambiente mediante radiadores, mientras que en una instalación solar, lo cedemos al agua de consumo mediante un intercambiador. El circuito cerrado que une los captadores se denomina Circuito Primario; el Circuito Secundario corresponde a aquél que parte del intercambiador al depósito de acumulación solar. Los intercambiadores pueden ser externos al depósito (intercambiadores de placas), o interiores (serpentín), en cuyo caso hablaremos de interacumuladores.

Acumulación

deposito de acumulación agua caliente sanitaria energía solar térmica

Depósito de Acumulación

La energía solar térmica, no se consume en su totalidad instantáneamente, ya que depende de la demanda existente en cada momento, por lo que, para no desaprovecharla, es necesario acumularla. Por ello, necesitamos un sistema de acumulación del agua caliente de consumo, para que se pueda suministrar a medida que se va demandando. Esto se consigue con los Acumuladores o Interacumuladores, que no son más que depósitos con capacidad y aislamiento suficiente para evitar, en lo posible, las pérdidas de energía.




Bombas de Circulación

Circuladores grupo bombeo energía solar térmica

Kit de bombeo solar

Para mover los caudales de fluido necesarios, además de vencer las pérdidas de carga de los circuitos, se necesita un circulador o bomba.

Energía Auxiliar Convencional

Equipo auxiliar energía solar térmica

Caldera como equipo auxiliar

En períodos de baja radiación térmica o con altas demandas de consumos, necesitaremos un sistema de apoyo que caliente el agua, independientemente del sistema solar, denominado generador auxiliar. Por lo general, se utilizan calderas, que comenzaran a funcionar en esas condiciones, para calentar el agua a la temperatura prefijada (temperatura de consigna).

A continuación, se muestra un esquema muy básico de una instalación de energía solar térmica, para visualizar y entender todos estos conceptos

Esquema básico energía solar térmicaEn las pequeñas instalaciones para agua caliente sanitaria (por ejemplo viviendas unifamiliares), todos estos elementos se unen en uno solo, formando lo que se denominan equipos compactos o kit’s.




¿Cuáles son los Elementos Necesarios para la Seguridad?

En el circuito primario, se necesita disponer de elementos de seguridad, para garantizar que la instalación trabaje en óptimas condiciones y no se deteriore. A continuación, se enumeran los elementos de seguridad más importantes que componen una instalación solar térmica de baja temperatura:

Vasos de Expansión

Vasos de expansión energía solar térmica

Vasos de expansión de diferentes tamaños

A medida que aumenta la temperatura del agua, aumenta su volumen. Por lo tanto, necesitamos un elemento que absorba ese aumento que se produce al expandirse el fluido caloportador. Para ello, se utilizan recipientes denominados vasos o depósitos de expansión. Los hay de dos tipos: abiertos y cerrados. Los más habituales son los depósitos de expansión cerrados. Deben estar diseñados, para trabajar en el circuito solar.

Válvulas de Seguridad

Válvula de seguridad circuitos energía solar térmica

Válvula de seguridad para circuito solar

Se utiliza para controlar la presión en el circuito primario. Cuando se alcanza el valor de calibración, la válvula descarga líquido para impedir que la presión de la instalación alcance límites peligrosos para el funcionamiento de los colectores solares y de los dispositivos instalados. Deben estar diseñadas para trabajar en el circuito solar.

Glicol

glicol circuitos hidráulicos energía solar térmica

Envase de fluido caloportador

Un líquido ideal para transportar el calor en una instalación solar térmica debería ser anticongelante, no hervir, no corroer, ser atoxico, tener una alta capacidad calorífica y un gran coeficiente de transmisión de calor, no se debe gastar y debe ser económicamente accesible. Este líquido ideal “no existe”, lo más cerca que se ha llegado a los parámetros ideales es un porcentaje del 60% de agua y un 40% de glicol (Etilenglicol o Propilenglicol).

Disipadores de Calor

Para evitar aumentos de temperatura peligrosos en el circuito primario de la instalación de energía solar, es necesario disponer de elementos que disipen ese calor excedente (en el caso de no aprovecharlo). Para ello existen diferentes sistemas en el mercado, como disipadores estáticos, aerotermos (ventiladores) etc.

En la siguiente infografía, se muestran diferentes sistemas de disipación de calor. Son animaciones muy interesantes, ya que podéis ver cómo funciona una instalación de energía solar térmica y cómo se puede disipar el calor. Al corresponder a un fabricante de disipadores estáticos, lógicamente se alaban las ventajas de este sistema, frente al sistema con aerotermo (eléctrico). La pestaña denominada Heat Pipe, corresponde a captadores solares denominados tubos de vacío. Podéis hacer click en cada una de las pestañas y números. Es muy interesante

Purgadores

Purgador Instalación Energía Solar Térmica

Purgador Solar

Para extraer el aire que se acumula en el interior del circuito primario y provoca graves problemas de funcionamiento de la instalación, se deben instalar purgadores en las partes altas. Estos elementos deben estar diseñados para trabajar en un circuito solar.

Control Automático

Control automático energía solar térmica

Central control automático

Para que todo el sistema funcione correctamente, se debe disponer de un control automático, más o menos complejo, dependiendo del tamaño de la instalación, con sondas de medición de temperaturas en paneles, depósitos, programación, activación de disipador eléctrico (en caso de existir este sistema), programador , control de bombas, etc.

¿Qué debemos tener en cuenta para Obtener la Máxima Eficiencia?

Desde luego, la instalación de energía solar térmica es un gran sistema para aprovechar la radiación del sol y transformarla en calor. Estamos ante una energía limpia, y que nos reportará grandes ahorros desde el punto de vista energético, y consecuentemente económico. Pero para ello, el sistema debe ser eficiente. De poco vale, disponer de una instalación de este tipo, si está mal diseñada, mal ejecutada, funciona mal, o está parada.

Una instalación en óptimas condiciones, es capaz de eliminar un gran porcentaje de la energía convencional que se usaría si no existiera dicha instalación. Para nuestras condiciones climáticas, los porcentajes ahorrados varían entre un 70-80% en Agua Caliente Sanitaria, 40% en Suelo Radiante y un 15% en Calefacción Convencional.

Las instalaciones de energía solar térmica, se amortizan en un corto espacio de tiempo, dependiendo de la magnitud de la instalación (entre 5 y 10 años), y se adaptan fácilmente a las instalaciones convencionales ya existentes.

La amortización del sistema solar, es inversamente proporcional al consumo, es decir, cuanta más agua caliente se consuma, más rápidamente se amortiza la inversión.

Por último, indicar que la vida útil de los sistemas de captación térmica es de 20 años, por lo que con los períodos de amortización indicados anteriormente, se dispondrá de agua caliente prácticamente gratis, durante un largo intervalo de tiempo.




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