Somos conscientes de que la energía solar térmica es un sistema eficiente para obtener agua caliente sanitaria, apoyo en sistemas de calefacción y climatización, piscinas etc.
Pero, si queremos realizar un diseño con el fin de obtener el máximo rendimiento posible, debemos conocer los pasos a seguir para elegir los paneles solares térmicos a emplear en cada instalación.
Para ello, en este artículo, explicamos cómo interpretar las curvas características aportadas por los fabricantes y así poder comparar, para llegar a la elección del panel solar térmico más adecuado.
El rendimiento de los paneles solares térmicos
Los paneles solares térmicos, deben haber sido certificados por un laboratorio de ensayos homologado de acuerdo a la norma UNE-EN 12975-2:2006, obteniendo como resultado la curva de rendimiento energético.
Generalmente, los laboratorios pueden aportar dos tipos de curvas. Una se denomina curva lineal (curva de primer orden) y la otra, curva cuadrática (curva de segundo orden). Veremos a continuación los dos tipos, ya que evalúan el comportamiento del captador solar.
La ecuación general del rendimiento de un colector, es la siguiente:
El rendimiento de los paneles solares térmicos, como vemos en la ecuación, es función de la diferencia de temperatura entre la temperatura media del colector y la temperatura exterior, la radiación solar y dos coeficientes K1 y K2.
Curva de rendimiento lineal de paneles solares térmicos
La ecuación general, como hemos visto, está formada por dos términos, uno lineal, y otro cuadrático. Para obtener la curva lineal, se desprecia el término cuadrático, obteniendo lo siguiente:
La forma de dicha curva, la podemos simplificar a la ecuación de una recta:
η= ƞ0 – k1·X
Los datos aportados por las curvas de los fabricantes, y sobre los que pondremos toda nuestra atención, serán los siguientes:
- ƞ0 = Factor óptico (Eficiencia máxima. Corte de la curva con el eje Y). Cuando el panel no pierde calor hacia el entorno, sólo son determinantes, para la eficiencia, las pérdidas ópticas. La diferencia entre la temperatura media del fluido caloportador y la temperatura ambiente es cero. La transparencia de la placa de vidrio y el grado de absorción de la capa selectiva determinan la eficiencia ƞ0. Por esta razón, se habla también de eficiencia óptica.
- k1 = Coeficiente de pérdidas lineal (Pendiente de la recta)
Ejemplo práctico de elección de paneles solares térmicos según la curva de rendimiento
Veamos dos ejemplos prácticos de un panel solar térmico con diferentes características y cómo influyen en el rendimiento del mismo:
Ejemplo Nº1
Imaginemos, que necesitamos comparar dos paneles solares térmicos con características distintas:
Panel Solar Térmico Nº1
Factor Óptico………………………………..ƞ0 = 0,76
Coeficiente de Pérdidas………………….k1 = 3,20 w/m2K
Panel Solar Térmico Nº2
Factor Óptico………………………………..ƞ0 = 0,79
Coeficiente de Pérdidas………………….k1 = 6,16 w/m2K
Veamos las curvas de rendimiento en el caso de un día soleado I=800 W/m2 para los dos paneles.
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| Eje X…………(Tm-Ta) Eje Y………….Rendimiento ƞ |
Conclusiones:
- La recta del panel número 1, tiene menos pendiente (Coeficiente de pérdidas menor)
- El rendimiento del panel número 1, a medida que nos desplazamos a la derecha del eje X (mayor diferencia de temperatura entre la del panel y la del ambiente), es mucho mejor.
Ejemplo Nº2Con las mismas características de los paneles descritos en el ejemplo anterior, veamos cómo se comportan con un día menos soleado I=400 W/m2
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| Eje X…………(Tm-Ta) Eje Y………….Rendimiento ƞ |
Conclusiones:
- El panel número 1, aporta rendimiento, incluso con temperaturas de trabajo altas, e insolación correspondiente a un día más nublado.
- Fijaros, que el panel número 2 deja de aportar energía a partir de 50º aproximadamente.
Por lo tanto el rendimiento de un panel solar térmico depende:
- Del coeficiente de pérdidas, aportado por el fabricante (materiales de fabricación).
- De las condiciones climatológicas dadas por I y Ta
- De las condiciones de trabajo, dadas por Te
Para unas condiciones de trabajo y un clima dados, debemos asegurarnos de que los paneles solares térmicos sean capaces de entregar energía.
Así, evitaremos comentarios del tipo «esto no funciona, los paneles no calientan el agua, pensé que iba a ahorrar más..»
Se puede dar la circunstancia, de que un panel sea más económico y rentable para un clima dado, pero puede perder rentabilidad con respecto a otros modelos, para otros climas, con diferencias muy acentuadas.
Por lo tanto, es importante conocer la climatología de la zona a la que estará sometido el panel. No es lo mismo elegir un panel solar térmico para Galicia, que uno para Andalucía.
Curva de rendimiento cuadrática de paneles solares térmicos
Hasta ahora, hemos aprendido a interpretar las curvas de rendimiento lineales. No obstante, los fabricantes, generalmente, aportan en sus catálogos técnicos las curvas de rendimiento cuadráticas.
Este tipo de curvas, se pueden considerar más exactas o con más resolución, siendo su interpretación similar a lo que ya hemos visto.
Esta gráfica, corresponde a una curva de rendimiento cuadrática, o de segundo orden, de un fabricante, con una radiación solar I de 800 W/m2.
Como veis, es similar a la curva lineal, pero con más exactitud. La interpretación es idéntica a lo que ya hemos visto anteriormente. Se obtiene, con la ecuación que incluye el término cuadrático:
Finalmente, se muestra un ejemplo real de un panel solar térmico con datos aportados por el fabricante. En ellos, observamos los valores del factor óptico (ƞ0), k1 y k2.
Como última aportación, recordar, como es lógico, que para comparar dos o más modelos de paneles solares térmicos, las curvas aportadas deben ser del mismo tipo, ya que si no, podría llevarnos a obtener conclusiones erróneas.
18 Comentarios
Buenas tardes a todos,
Interesante artículo.
Soy distribuidor de material eléctrico y fluidos, transmitiros que estoy trabajando con un fabricante de paneles solares híbridos de ultima generacion( térmicos y fotovoltaicos en el mismo panel) los cuales están dando un rendimiento muy bueno, estamos percibiéndolos en viviendas, residencias, centros deportivos, lavaderos de coches, etc
Saludos
Gracias Arturo
Saludos.
Oportuno y claro tu comentario, me gusta. Soy de una ciudad del altiplano peruano estamos fabricando colectores solares de de aire. me gustaría intercambiar algunos conceptos contigo.
David
Sin duda en el articulo he encontrado unos buenos consejos. Gracias
Gracias por el comentario.
Saludos.
Buenas a todos,
Antes que nada agradecer la existencia de este foro para documentar sobre el tema de la energia solar. El caso es que la información descrita es muy útil, sin embargo tengo una duda relativa a la radiación solar global que se emplea en el calculo del rendimiento. Los valores que conozco están asociados al concepto de irradiación media anual o diaria y sus unidades son MJ/m2 o Kwh/m2. La variable que se indica en la demostración corresponde con la irradiancia, cuyas unidades son W/m2. ¿Como hago para obtener esa variable en w/m2 y calcular con éxito el rendimiento del colector? Lo pregunto porque todas las medidas de radiación solar publicadas por AEMET están en MJ o Kwh/m2
Gracias y saludos,
Hola, busca bien en la web de la AEMET que hay links para ver los datos en tiempo real y varios días atrás ( supongo que habrán históricos también ) para ver los datos de las muchas estaciones meteorológicas que hay por todo el país. Vienen gráficas con radiación directa, difusa, total en W/m2, humedad relativa, lluvías, etc.
Sin duda en el articulo he encontrado unos buenos consejos. Gracias
mi consulta es qué sería determinante en el diseño de paneles para ajustar la tecnología del colector solar plano a diversas necesidades, como pro ejemplo, calentar piscinas en una cuidad X.
Gracias
Hola a todos, no comprendo la descripción realizada sobre las curvas de rendimiento de la primera tabla, por ejemplo. Lo que veo es que a mayor diferencia de temperatura (tm-ta;desplazamiento hacia la derecha en el eje x) se produce una disminución del rendimiento, y no al contrario. Me corregís si me equivoco o hago una interpretación errónea, gracias
Hola José Antonio:
Efectivamente el rendimiento disminuye, pero lo que se indica en el ejemplo, es que el panel nº1 se comporta mejor que el panel nº2. Es decir, el panel nº1 aporta mejor rendimiento que el panel nº2, a igualdad de condiciones.
Saludos
Agradezco por compartir ésta información, es interesante y útil, Mi consulta se refiere a que en los datos aportados por el fabricante tenemos: Rendimiento y Rendimiento CENER, que diferencia existe y cual de los dos debemos considerar para realizar la evaluación?.
He leído el artículo con atención y me ha parecido muy interesante, ahora bien para un profano en estas materias y aunque la pregunta parezca algo tonta, de donde obtienes la temperatura media del colector y la radiación solar.
La «temperatura media del colector» creo que se define como «la temperatura media del fluido caloportador en el colector solar». Es decir, la media aritmética entre la temperatura del fluido a la salida del colector y la de retorno del mismo. Por eso resulta muy importante que la temperatura de retorno sea la más baja posible, porque la media será más baja, Tm más reducido, la diferencia con Ta (temperatura ambiente) menor y por lo tanto las pérdidas primarias más reducidas.
Si tenemos el depósito de agua ya candente y el fluido se impulsa a 80ºC y sale del panel a 100ºC, temperatura media 90ºC, y la temperatura ambiente es de 30ºC con una irradiación de 800 W/m2, tenemos un resultado de 0.075, que multiplicado por el coeficiente de pérdidas lineal (3.2 en el primer panel de ejemplo) reduce la eficiencia del mismo desde el valor teórico en 0.24 unidades, es decir, de 0.76 a 0.52.
La irradiación solar hasta que el Gobierno cambió qué publicaba la AEMET en su web se daba a diario para varios observatorios repartidos por España, en W/m2. Depende, por supuesto, de latitud y fecha del año, pero sigue una distribución senoidal con un máximo al mediodía solar , y mide la energía del sol llega a un punto de la superficie perpendicular al rayo incidente según una atmósfera modélica media (AM). Se cifra en un máximo alrededor de 1000 W/m2 y 800 W/m2 en un día soleado no especialmente extraordinario. O 100 W/m2 en un día nublado.
Me encanta vuetrsa pe1gina, es justo lo que estaba buscando, yo necesitareda una casa contenedor para alquilar y ubicarla en Cartagena, Murcia.Alguien sabe por donde puedo empezar a buscar? Es una parcela pequef1a.
Creo que en este tipo de sistemas solares, como en todo lo relacionado con la eficiencia energética, ha habido falta de profesionalidad y gente que prometía unos ahorros imposibles a todas luces de conseguir. En cualquier caso creo que la manera correcta de valorar estos sistemas va más allá de los simples ratio de amortización y se debería empezar a incluir el coste social de no implementarlos.
Lo cierto es que el índice de penetración de la energía solar térmica en los hogares españoles es anormalmente bajo. Disponiendo en abundancia del recurso solar, sigo sin entender como las comunidades de propietarios no lo aprovechan. De todos modos, es cierto que ha habido mala práxis en el pasado, y algunas comunidades acaban desconectando el sistema pues no cubren ni los gastos de mantenimiento con el ahorro generado.
Realmente interesante, pero lo cierto es que es muy poco conocido por los instaladores de energía solar térmica. La realidad es que estas instalaciones, cuando se empezaron a popularizar a partir del año 2000, adolecían de malos diseños y peores montajes, lo que estoy seguro que ha influido en su poca difusión (más allá de la obligación normativa).