1. El captador solar térmico
Un captador solar térmico está constituido por distintos elementos:
- un acristalamiento que transmite la radiación solar al colector e impide el que el calor salga del colector (es el fenómeno del efecto invernadero)
- un recubrimiento selectivo llamado absorbente que va a recoger la radiación solar y convertirla en calor
- tubos revistidos de cobre en contacto con colector en los cuales circula un fluido termoportador que se recalienta
- un aislamiento en parte inferior para evitar las pérdidas térmicas por esa parte del colector
El captadorr solar térmico es el encargado de captar la
radiación solar y convertir su energía en energía térmica, de manera que
se calienta el fluido de trabajo que ellos contienen.
Toda la energía
que incide sobre el captador solar no puede ser considerada como energía
útil, de manera que al mismo tiempo que se produce el calentamiento del
fluido de trabajo, una parte de esta energía se pierde por conducción,
convección y radiación, generándose un balance energético entre la energía
incidente (en forma de radiación solar) y las pérdidas térmicas,
obteniendo como resultado una potencia útil del colector solar.
Estas
pérdidas de calor crecen con la temperatura del fluido de trabajo, hasta
que llega un momento de equilibrio en el que se cumple que la energía
captada es igual a las pérdidas, alcanzándose en ese
momento la
temperatura de estancamiento del colector. En la mayoría de los colectores
esta temperatura de estancamiento o de equilibrio se alcanza a unos 150 -
200 ºC.
Con todo ello y teniendo en cuenta la ecuación de la curva que
define el rendimiento de un colector solar se deduce que nos interesa
hacer trabajar el colector a la temperatura más baja posible, siempre que
ésta sea suficiente para la utilización específica en cada caso.
Los
colectores solares son el corazón de cualquier sistema de utilización de
la energía solar: absorbe la luz solar y la transforma en calor. Los
criterios básicos para seleccionarlo son:
- Productividad energética a la temperatura de trabajo y coste
- Durabilidad y calidad
- Posibilidades de integración arquitectónica y
- Fabricación y reciclado no contaminante.
Dependiendo de la aplicación, el tipo de colector solar que hay
que utilizar varía.
Para aplicaciones que requieren un fluido a baja
temperatura (<100ºC)
Los sistemas con
colectores de placa plana son los más utilizados, seguidos por los tubos
de vacío (ver Fig. 5). Los colectores de tubos de vacío se distinguen de
los colectores planos por sus menores pérdidas térmicas - mayor
rendimiento- al encerrarse el absorbente solar en una cápsula de vidrio de
la que se extrae el aire y sus mayores posibilidades de integración
arquitectónica.
La diferencia de productividad energética entre los
diferentes tipos de colectores planos viene dada por las diferencias en
las propiedades ópticas de los recubrimientos de sus absorbentes y por las
características y espesores de los aislamientos térmicos. Las diferencias
en durabilidad y calidad surgen de los materiales empleados y, en
especial, de la junta de estanqueidad que une la cubierta de vidrio del
colector con el marco y de la resistencia del material de aislamiento
térmico al apelmazamiento por las condensaciones internas del
colector.
Al igual que ocurre con las calderas, la utilización de
colectores más eficientes tiene una influencia mucho más significativa en
la productividad anual que la que se puede deducir de la comparación
directa de los rendimientos instantáneos ( relación entre el calor
extraído del colector en un momento dado y la radiación solar disponible
en ese momento). Además, se pueden encontrar reducciones significativas en
los costes del resto de los elementos del sistema solar ya que para un
mismo aporte solar hacen falta instalar menos m2 de colectores y se puede
trabajar a temperaturas mas altas sin repercusión en elrendimiento
(Bombas, tuberías, almacenamiento, intercambiadores,... más
pequeños)
Desde el punto de vista de la integración
arquitectónica, una ventaja que tienen los colectores de vacío de
absorbente plano es que permiten una mayor flexibilidad de montaje. Así,
los tubos de vacío con absorbente plano se pueden instalar en una
superficie horizontal o vertical y girar los tubos para que suabsorbente
esté a la inclinación adecuada.
Subsistema de
Acumulación
El subsistema de acumulación en instalaciones
domésticas unifamiliares, estará constituido por un acumulador que
almacena el agua caliente hasta que se precise su uso, no obstante en
otras aplicaciones de la energía solar térmica, el almacenamiento de
energía se puede realizar directamente en el fluido de trabajo, por
ejemplo procesos industriales continuos. Los acumuladores normalmente
utilizados en instalaciones domésticas están estandarizados, por lo que
sus volúmenes se comprenden entre 150 - 500 litros, siendo los más usuales
los de 300 litros.
El sol es una fuente de energía que no podemos
controlar, su producción nos llega de forma continuada durante una media
de 12 horas al día, a razón de 1400-1800 Kwh./m2 año, lo que equivale a
que por cada m2 recibimos la energía obtenida de quemar unos 165-200 L de
gasóleo; esto es, con la energía solar que llega en 5m2 podríamos suplir
las necesidades térmicas anuales para acondicionar una casa de
100m2.
Pero esta energía no nos llega en el preciso momento en que la
necesitamos, sino repartida durante todas las horas de sol. Opuesta a esta
producción nos encontramos con los perfiles de consumo de las
instalaciones, que variarán en función de su uso.
Por ejemplo, en las instalaciones de ACS en viviendas tendremos
dos-tres picos de consumo al día.
Para conseguir acoplar la producción
del sistema solar con el consumo de la instalación siempre nos hará falta
una acumulación de energía solar. Esta acumulación tendrá mayor o menor
volumen en función de dos factoresprincipales:
- En nivel de cobertura con energía solar de la demanda de la instalación.
- El
perfil de consumo de la instalación.
2. La Calefacción Solar de Agua Individual
La Calefacción Solar de Agua Individual es un sistema que permite
producir su agua caliente con colectores solares. El sol no podrá cubrir
la totalidad de las necesidades sino una parte bastante importante, entre
50 y un 80% de las necesidades anuales.Se necesita una energía de
suplementaria que proporciona el complemento.
Según el principio de
funcionamiento, el fluido termoportador que llega del colector calienta el
acumulador de agua caliente a través de un intercambiador. El suplemento
se hace al nivel del acumulador por medio de una resistencia eléctrica, o
por un segundo intercambiador conectado a una caldera.
Un sistema solar está constituido por el colector solar (subsistema
de
captación), el subsistema de almacenamiento, el de transporte de
energía (tuberías, bombas, intercambiadores) y el de utilización o
consumidor de la energía solar captada. En su diseño hay que tener en
cuenta que, tan importante como la correcta selección de los elementos
integrantes de cada subsistema, es la correcta integración de todos ellos
en el sistema y la selección de las estrategias de regulación, control y
operación.
Con todo ello el rendimiento anual del sistema, que será
función de la
tecnología empleada, dependerá principalmente de los
siguientes factores
- Colector: parámetros de funcionamiento
- Caudal de diseño: bajo flujo y estratificación
- Intercambiador: eficiencia
- Tuberías: longitud, diámetro y aislamiento
- Almacenamiento: volumen y estratificación
- Control: diferencial de temperaturas, radiación, caudal variable,
- Operación y seguridades: expansión, purgadores, válvula de seguridad, etc.,
- Criterios de diseño
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El SSC (Sistema Solar Combinado) es un sistema que permite producir
a la vez su agua caliente y participar en la calefacción de la casa.
Para el principio de funcionamiento, el fluido termoportador que llega
del captador calefacción un depósito mixto que incluye a la vez un
almacenamiento de agua caliente sanitaria y un volumen de almacenamiento
tampón para la calefacción.
Es también posible la calefacción de una piscina con colectores
solares. Los captadores se conectan a un intercambiador a placas del lado
primario y al circuito de filtración del lado secundario.
Tal
instalación puede muy bien también acoplarse a un preparador ACS para
tener agua caliente solar.
No es posible por contra, de mantener una
temperatura de baño a 28°C todo el año, el sistema de calentamiento solar
permite mantener la piscina lista un mes antes y un mes después de la
temporada de baño.
Se recomienda prever además del sistema sola
disponer de un toldo que permite evitar las pérdidas térmicas de la
piscina (en efecto la mayoría de las pérdidas son pérdidas por
evaporación).
