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Energía Solar Térmica

La energía solar térmica es la energía que se saca del sol, una  energía que es gratuita y limpia a la vez.

Con la entrada en vigor de nuevo RITE (Reglamento Instalaciones Térmicas en Edificios) Real Decreto 102/2007 de 20 julio de 2007 este tipo de instalaciones son obligatorias en edificios de nueva construcción y en la reforma de edificios ya construidos.

Teniendo en cuenta el movimiento que realiza el sol, de Este a Oeste, la orientación optima del captador solar para obtener un máximo aprovechamiento debe ser hacia el sur geográfico. Desviaciones de hasta 20º hacia Este u Oeste con respeto a la orientación Sur no afectan sensiblemente al rendimiento y a la energía térmica obtenida.

Para poder aprovechar la energía obtenida del sol hacen falta unos colectores solares, que son los dispositivos encargados de absorber la radiación solar y transmitir la energía térmica así producida a un fluido de trabajo que circula por su interior que puede ser agua y/o agua mezclada con anticongelante cuando estos se instalen en zonas frías y así evitar que el líquido que circula por ellos se congele. El calor que ha absorbido el colector se hace pasar a través de un dispositivo intercambiador de calor en el cual se produce el intercambio de calor del circuito primario al circuito secundario, que va incorporado en un acumulador el cual es el dispositivo en el que se acumula el agua calentada por energía solar.

La energía solar se puede utilizar para calentar el agua caliente sanitaria, calefacción por suelo radiante y hasta incluso calentar el agua de una piscina para poderse bañar en temporada de invierno.

En los siguientes esquemas se pueden ver dos sistemas distintos de poder aprovechar la energía del sol:

La energía solar térmica consiste en calentar un fluido aprovechando la energía del sol, lo que permitiría producir vapor y, posteriormente energía eléctrica. Esto se consigue mediante los captadores o colectores solares.

Energía solar térmica: Se trata del aprovechamiento de la energía de los rayos del sol para producir calor y energía destinada al consumo sanitario a pequeña escala, es decir, para calefacciones o sistema de calentamiento de agua en viviendas.

Utilización de la energía solar térmica: La concentración de la energía solar en forma de calor es otra forma de aprovechar esta forma de energía. En el ámbito domestico, se usan para calentar solares de agua, que permiten reducir el consumo de otras formas de energía como el gas o la energía eléctrica. También existen tecnologías avanzadas para concentrar el calor del sol en plantas de electricidad de gran potencia para usos industriales o comerciales.

Ventajas

.- La energía solar es un recurso renovable prácticamente ilimitado.

.- No contamina.

.- Tiene un bajo coste de aprovechamiento.

.- Es limpia.

.- La energía solar opera con sistemas silenciosos. No hay contaminación por ruido.

.- La encuentras en todos los lados.

 

Desventajas

.- Los grandes proyectos de generación de energía solar a escala comercial pueden requerir grandes cantidades de dinero. Sin embargo, un sistema para una casa no tiene este problema.

.- Los costes iniciales de la instalación de un sistema de energía solar pueden ser altos comparados con otras alternativas.

.- En algunos lugares la luz solar la intensidad o no es suficiente constantes para proporcionar un flujo de energía permanente.

 

¿Qué es la energía solar?

La energía solar es una energía renovable, obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol. La radiación solar que alcanza la Tierra ha sido aprovechada por el ser humano desde la Antigüedad, mediante diferentes tecnologías que han ido evolucionando. En la actualidad, el calor y la luz del Sol puede aprovecharse por medio de diversos captadores como células fotovoltaicas, helióstatos o colectores térmicos, pudiendo transformarse en energía eléctrica o térmica. 

¿Qué son los captadores solares?

Los captadores solares son los elementos que capturan la radiación solar y la convierten en energía térmica, en calor. Como captadores solares se conocen los de placa plana, los de tubos de vacío y los captadores absorbedores sin protección ni aislamiento. Los sistemas de captación planes (o de placa plana) con cubierta de vidrio son los comunes mayoritariamente en la producción de agua caliente sanitaria ACS. El vidrio deja pasar los rayos del Sol, estos calientan unos tubos metálicos que transmiten el calor al líquido de dentro. Los tubos son de color oscuro, ya que las superficies oscuras calientan más.

¿Qué son los captadores solares?

Los captadores solares son los elementos que capturan la radiación solar y la convierten en emergía técnica, en calor. Como captadores solares se conocen los de placa plana, los de tubo de vació y los captadores absorbedores sin protección ni aislamiento. Los sistemas de captación planos con cubierta de vidrio son los más comunes en la producción de agua caliente sanitaria. El vidrio deja pasar los rayos de sol, estos calientas unos tubos metálicos que transmiten el calor al líquido de dentro. Los tubos son de color oscuro, ya que las superficies oscuras calientan más.

El vidrio que cubre el captador no solo protege la instalación sino que también permite conservar el calor produciendo un efecto invernadero que mejora el rendimiento del captador.

Están formados de una carcasa de aluminio cerrada y resistente a ambientes marinos, un marco de aluminio, una junta perimetral libre de siliconas, aislante térmico respetuosos con el medio ambiente de lana de roca, cubierta de vidrio solar de alta transparencia y finalmente por tubos soldados ultrasónicos.

Los colectores se componen de los siguientes elementos:

1.- Cubierta: Es transparente, puede estar presente o no: Generalmente es de vidrio aunque también se utilizan plásticos ya que es menos caro y manejable, pero debe ser un plástico especial. Su función es minimizar las perdías por convección y radiación y por eso debe tener una transmitáncia solar mas alta posible.

2.- Canal de aire: Es un espacio (vacío o no) que separa la cubierta de la placa absorbente. Su espesor se calculará teniendo en cuenta para equilibrar las pérdidas por convección y las latas temperaturas que se pueden producir si es demasiado estrecho

2.1.- Placa absorbente: La placa absorbente es el elemento que absorbe la energía solar y la transmite al líquido que circula por las tuberías. La principal característica de la placa es que tiene que tener una gran absorción solar y una emisión térmica reducida.

2.2.- Tubos o conductos: Los tubos están tocando la placa absorbente para que el intercambio de energía sea lo más grande posible. Por los tubos circula el líquido que se calentará e ira hacia el tanque de acumulación.

2.3.- Capa aislante: La finalidad de la capa aislante es recubrir el sistema para evitar y minimizar pérdidas. Para que el aislamiento sea lo mejor posible, el material deberá tener una baja conductividad térmica.

3.- Colectores planos: El alma de sistema es una verja vertical de tubos metálicos, para simplificar, que conducen el agua fría en paralelo, conectados por abajo por un tubo horizontal en la toma de agua fría y por arriba por otro similar de retorno.

La parilla viene encajada en la cubierta, como la descrita más arriba, normalmente con doble vidrio para arriba y aislante por detrás.

En algunos modelos, los tubos verticales están solados en una placa metálica para aprovechar la insolación entre tubo y tubo.

4.- Colector de vacío: En este sistema los tubos metálicos del sistema procedente se sustituyen por tubos de vidrio, introducidos, de uno en uno, en otro tubo de vidrio entre los que se hace el vacío como aislamiento.

Las grandes ventajas que presentan estos tipos de captadores son su alta rendimiento (196% más eficientes que las placas planas) y que, en caso que uno de los tubos se estropeara, no hay que cambiar todo el panel por uno de nuevo, sino que solo hay que cambiar el tubo afectado. Además son más baratos en su fabricación, ya que los nuevos tubos son 100% borosilicato y no utilizan tubo de cobre, lo que reduce los costes anteriormente mencionados.

Partes de un sistema de energía solar térmica.

1.- Circuito primario: El circuito primario, es un circuito cerrado, transporta el calor desde el captador hasta acumulador (sistema que almacena el calor). El líquido calentado (agua o una mezcla de sustancias que pueden transportar el calor) lleva el calor hasta el acumulador. Una vez enfriado, vuelve al colector para volver a calentar, y axial sucesivamente.

.- Intercambiador de calor: El intercambiador de calor calienta el agua de consumo a través del calor captado de la radiación solar. Se sitúa en el circuito primario, en su extremo. Tiene forma de sepertín, ya que axial se consigue aumentar la superficie de contacto y por lo tanto, la eficiencia.

.- Acumulador: El acumulador es un depósito donde se acumula el agua caliente útil para el consumo. Tiene una entrada para el agua fría y una salida para la caliente. La fría entra por debajo del acumulador donde se encuentra con el intercambiador, a mediada se desplaza hacia arriba, que es desde donde saldrá el agua caliente para consumo.

Internamente dispone de un sistema para evitar el efecto corrosivo del agua caliente almacenada sobre los materiales. Por fuera tiene una capa de aislamiento que evita pérdidas de calor y está cubierto por un material que protege el aislamiento de posibles humedades y golpes.

.- Circuito secundario: El circuito secundario o de consumo, entra agua fría de suministro y por el otro extremo el agua calentada que se consume (bañera, ducha, lavabo etc.) El agua fría pasa por el acumulador primeramente, donde se calienta hasta llegar a una cierta temperatura. Las tuberías de agua caliente del exterior, deben estar cubiertas por aislantes.

Si nuestro consumo incluye calefacción, el sistema emisor de calor (radiadores a 60ºC, fan-coil a 45ºC, suelo radiante 30ºC) que es más conveniente utilizar es la de baja temperatura (<=50ºC) de esta manera el sistema solar de calefacción tiene mayor rendimiento.

No obstante, se pueden instalar sistemas que no son de baja temperatura, para axial emplear radiadores convencionales.

.- Bombas: Las bombas, en caso de que la instalación sea de circulación forzada, son de tipo de recirculación, trabajando una la mitad del día y la pareja la mitad de tiempo restante. La instalación consta de los relojes que llevan el funcionamiento del sistema, hacen el intercambio de las bombas. Si hay dos bombas en funcionamiento, la ventaja que hay que en caso que una deje de funcionar, está la sustituta. El otro motivo a considerar, es que gracias a este intercambio la bomba no sufre tanto.

.- Vaso de expansión: El vaso de expansión absorbe las variaciones de volumen del fluido caloportador, el cual circula por los conductos del captador, manteniendo la presion adecuada y evitando pérdidas de la masa del fluido.

Es un recipiente con una cámara de gas separada de la de los líquidos y con una presión inicial en función de la altura de la instalación.

Lo que más se utiliza es con vaso de expansión cerrado con membrana, sin transferencia de masa en el exterior del circuito.

- Tuberías: Las tuberías de la instalación se encuentran recubiertas de un aislante térmico para evitar pérdidas de calor con el entorno.

.- Panel de control: Se dispone también de un panel principal la instalación, donde se muestran las temperaturas en cada instante (un regulador térmico), de manera que pueda controlarse el funcionamiento del sistema en cualquier momento. Aparecen también los relojes encargados del intercambio de las bombas.

Durante el verano, se pueden cubrir las placas, a fin de evitar que se estropeen por las altas temperaturas o bien se puede utilizar para producir frío solar.