ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

La tecnología solar térmica utiliza la energía procedente directamente del sol para producir agua caliente, que se puede utilizar en aplicaciones sanitarias (para la ducha o para la cocina ) o para la calefacción (de piscinas, de locales…).

También se prevé su uso para procesos industriales de lavado o de precalentamiento.

El sistema para conseguir este aporte de temperatura se hace por medio de captadores. El captador es una superficie que, expuesta a la radiación solar, permite absorber su calor y transmitirla a un fluido.

Existen tres técnicas diferentes en función de la temperatura a la que puede llegar la superficie captadora:

  • BAJA TEMPERATURA

    La captación directa, la temperatura del fluido es por debajo del punto de ebullición.

  • MEDIA TEMPERATURA

    Captación de bajo índice de concentración, la temperatura del fluido es más elevada de 100 °C

  • ALTA TEMPERATURA

    Captación de alto índice de concentración, la temperatura del fluido es más elevada.

CÓMO FUNCIONA?

El agua puede ser usada tanto en un edificio unifamiliar como edificios plurifamiliares

Una instalación de energía solar térmica capta el calor del sol a través de los captadores y la transmite, bien al agua corriente que usamos en nuestras casas para ducharnos, limpiar, etc., bien al fluido portador que transmitirá posteriormente el calor al circuito de agua sanitaria o al de calefacción o tierra radiante. Es, por lo tanto, un sistema que concentra el calor solar y la transmite desde un lugar a otro.

Los captadores absorben el calor solar y la concentran gracias al efecto invernadero creado en el interior del captador, al aislamiento del medio exterior, y a la capacidad de absorción de los cuerpos (ayudado por el tratamiento químico al que se somete el absorbedor). En el interior de los captadores existe un circuito por el cual discurre un fluido con anticongelante. Este líquido llega a temperaturas superiores a 100 °C a los captadores con recubrimiento selectivo, y se hace circular, siempre en circuito cerrado, hasta el interior de un depósito llamado acumulador, si el circuito primario entra al acumulador a través de un intercambiador de serpentín interno, lo denominaremos inter-acumulador, en este momento liberamos el calor al agua que nosotros usaremos posteriormente en nuestra casa (circuito secundario).

El calor del fluido que atraviesa el serpentín se transmite al agua que lo rodea, destinada al consumo, aumentando su temperatura. En caso de necesidad, por ejemplo días nublados, se hace uso de un equipo de energía auxiliar, para elevar la temperatura los grados que sea necesario.

Todo este proceso está controlado por un dispositivo electrónico central que es el que se encarga de automatizar y coordinar la circulación del agua del circuito primario cuando es necesaria una mayor aportación térmica, controlar la temperatura de los captadores, garantizar la seguridad del sistema, etc…

LA INSTALACIÓN

Una instalación solar térmica está formada por un sistema de captadores que recogen la energía solar y la transforman en energía térmica, una serie de depósitos que almacenan el agua caliente, y un sistema de cañerías, válvulas, y bombas que transportan el agua caliente desde el sistema captador hasta el de acumulación, y de este a los puntos de consumo. Si las necesidades de calor a lo largo del año no coinciden con la energía solar que recibimos, podemos instalar una fuente de energía complementaria que solo se activará cuando la energía almacenada a los captadores no sea suficiente.

En las ciudades, los captadores solares se pueden instalar a terrazas, tejados, fachadas o patios soleados, siempre siguiendo criterios arquitectónicos que permitan la máxima integración de los elementos en la edificación y minimicen el impacto visual. Los captadores tienen que orientarse en el sur, y con una inclinación que maximice la energía captada. Para un consumo de agua caliente sanitaria constante a lo largo del año, la inclinación aconsejada es de 45 grados. Estas instalaciones pueden aportar, a las viviendas, más del 60% de la energía necesaria para calentar el agua sanitaria doméstica. El resto puede ser aportada, por ejemplo, por una caldera de gas convencional de modulación termostática y eficiente.

A pesar del coste inicial de este tipo de instalaciones, el alta rentabilidad de la energía solar permite recuperar a medio plazo la inversión inicial, que puede reducirse significativamente gracias a las subvenciones proporcionadas por las administraciones. A pesar de todo, la implementación de esta tecnología todavía tiene que luchar con el gran desconocimiento de sus aplicaciones por parte de la mayor parte de la sociedad.

La aplicación actual de la energía solar térmica en España y el ahorro energético a las nuevas construcciones se regula desde Septiembre de 2006 en el RD 314/2006.

Los objetivos como las exigencias básicas se establecen en el artículo 15 de la Parte Y del CTE “Código Técnico de la Edificación” y son los siguientes:

“Artículo 15. Exigencias básicas de ahorro de energía” (HE)

1. El objetivo del requisito básico “Ahorro de energía” consiste a conseguir un uso racional de la energía necesaria para la utilización de los edificios, reduciendo a límites sostenibles su consumo y conseguir aun así que una parte de este consumo proceda de fuentes de energía renovable, como consecuencia de las características de su proyecto, construcción, uso y mantenimiento.

2. Para satisfacer este objetivo, los edificios se proyectarán, construirán, utilizarán y mantendrán de forma que se cumplan las exigencias básicas que se establecen en los apartados siguientes.

3. El Documento Básico “DB HE Ahorro de energía” especifica parámetros objetivos y procedimientos, el cumplimiento de los cuales, asegura la satisfacción de las exigencias básicas y la superación de los niveles mínimos de calidad propios del requisito básico de ahorro de energía.

15.1 Exigencia básica HE 1: Limitación de demanda energética

Los edificios dispondrán de una rodeando de características tales que limite adecuadamente la demanda energética necesaria para llegar al bienestar térmico en función del clima de la localidad, del uso del edificio y del régimen de verano y de invierno, así como por sus características de aislamiento e inercia, permeabilidad al aire y exposición a la radiación solar, reduciendo el riesgo de aparición de humedades de condensación superficiales y intersticiales que puedan perjudicar sus características y tratando adecuadamente los puentes térmicos para limitar las pérdidas o ganancias de calor y evitar problemas higrotèrmics en los mismos.

15.2 Exigencia básica HE 2: Rendimiento de las instal•*lacions térmicas Los edificios dispondrán de instal•*lacions térmicas apropiadas destinadas a proporcionar el bienestar térmico de sus ocupantes, regulando el rendimiento de las mismas y de sus equipos. Esta exigencia se desarrolla actualmente en el vigente Reglamento de Instal•*lacions Térmicas en los Edificios, RITE, y su aplicación quedará definida en el proyecto del edificio.

15.3 Exigencia básica HE 3: Eficiencia energética de las instal•*lacions de il•*luminació

Los edificios dispondrán de instal•*lacions de il•*luminació adecuadas a las necesidades de sus usuarios y a la vez eficaces energéticamente disponiendo de un sistema de control que permita ajustar el encendido a la ocupación real de la zona, así como de un sistema de regulación que optimice el aprovechamiento de la luz natural, a las zonas que reúnan unas determinadas condiciones.

15.4 Exigencia básica HE 4: Contribución solar mínima de agua caliente sanitaria

En los edificios, con previsión de demanda de agua caliente sanitaria o de climatización de piscina cubierta, en los que así se establezca en este CTE, una parte de las necesidades energéticas térmicas derivadas de esta demanda se cubrirá mediante la incorporación de sistemas de captación, almacenamiento y utilización de energía solar de baja temperatura, adecuada a la radiación solar global de su emplazamiento y a la demanda de agua caliente del edificio. Los valores derivados de esta exigencia básica tendrán la consideración de mínimos, sin perjuicio de valores que puedan ser establecidos por las administraciones competentes y que contribuyan a la sostenibilidad, atendiendo a las características propias de su localización y ámbito territorial.

15.5. Exigencia básica HE 5: Contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica

En los edificios que así se establezca en este CTE se incorporarán sistemas de captación y transformación de energía solar en energía eléctrica por procedimientos fotovoltaicos para uso propio o suministro en la red. Los valores derivados de esta exigencia básica tendrán la consideración de mínimos, sin perjuicio de valores más estrictos que puedan ser establecidos por las administraciones competentes y que contribuyan a la sostenibilidad, atendiendo a las características propias de su localización y ámbito territorial.

Según la norma UNE-EN ISO 9488 “Energía solar. Vocabulario”, actualmente se definen los siguientes tipos de instalaciones solares térmicas

Instalación solar térmica
Instalación formada por captadores solares y otros componentes para la obtención de energía térmica.

Instalación solar sin apoyo
Instalación solar térmica sin fuente térmica de apoyo.

Instalación solar con apoyo
Instalación solar térmica que utiliza de manera integrada la energía solar y la energía de apoyo, para satisfacer la carga térmica de la instal•*lació con independencia de la disponibilidad de energía solar.

Instalación solar para precalentamiento
Instalación solar térmica para preescalfar el agua o el aire antes de su entrada a cualquier otro sistema de calentamiento de agua o de aire.

Instalación de paso única
Instalación solar térmica en la cual el fluido a calentar pasa directamente desde un punto de alimentación a un depósito de almacenamiento o a un calentador que utiliza energía de apoyo, o a un punto de consumo, atravesando el captador una sola vez.

Instalación con captador y depósito integrado
Instalación solar térmica en la cual el captador solar funciona también como un acumulador de calor (generalmente, mediante agua).

Instalación con circulación
Instalación en la cual, durante los periodos de funcionamiento, el fluido portador circula entre el captador y un acumulador o un intercambiador de calor.

NOTA — La circulación puede ser forzada mediante una bomba o un ventilador, o por convección natural.

Instalación con circulación forzada
Instalación que utiliza una bomba o un ventilador para hacer circular el fluido portador a través del captador o captadores

Instalación por termosifón
Instalación que utiliza únicamente los cambios de densidad del fluido portador, para conseguir su circulación entre el captador y el acumulador, o entre el captador y el intercambiador de calor.

Instalación con circuito directo
Instalación solar térmica en la cual el agua caliente que será consumida o utilizada por el usuario pasa directamente a través del captador.

Instalación con circuito indirecto
Instalación con intercambiador Instalación solar térmica en la cual un fluido portador diferente del agua que consume o utiliza el usuario, circula a través del captador o captadores.

Instalación con circuito cerrado
Instalación en la cual el fluido portador no está en contacto con la atmósfera.

Instalación con circuito abierto
Instalación en la cual el fluido portador está en amplio contacto con la atmósfera.

Instalación con circuito ventilado
Instalación en la cual el contacto entre el fluido portador y la atmósfera, está restringida a la superficie libre de un vaso de expansión o a una cañería de ventilación abierta a la atmósfera.

Instalación solar compacta
Instalación en la que el acumulador está montado directamente con el captador en una estructura común.

Instalación con almacenamiento separado
Instalación en la cual el acumulador está separado del captador y situado a cierta distancia de este.

Instalación con captador lleno
Instalación en la cual el captador permanece siempre lleno con el fluido portador.

Instalación con drenaje interior
Instalación solar térmica en la cual, como parte del ciclo de funcionamiento normal, el fluido portador es drenado desde el captador solar a un depósito de almacenamiento cuando la bomba se para, y vuelve a llenar el captador cuando la bomba se activa de nuevo.

Instalación con drenaje exterior
Instalación solar térmica con circuito directo en la cual los captadores pueden vaciarse de agua, que se envía al desagüe, generalmente para evitar su congelación.

Cómo en todas las tareas que Surcamos ocupa para la realización de sus instalaciones, también hemos querido ser metódicos en el uso de los términos adecuados para describir los elementos de una instalación solar, por eso la mayoría de las siguientes definiciones provienen de la norma UNE-EN ISO 9488:1999 “Energía solar. Vocabulario”
> Captador solar
> Captador solar térmico
> Panel (término en desuso)
> Panel solar (término en desuso)
Dispositivo diseñado para absorber la radiación solar y transmitir la energía térmica así producida, a un fluido portador que circula por su interior.
NOTA — El uso del término “panel solar” está desaconsejado para evitar cualquier confusión con los paneles fotovoltaicos.
> Circuito de captación
Circuito que incluye captadores, bomba o ventilador, cañerías o conductas, e intercambiador de calor (si existe), para transferir el calor extraído desde los captadores al acumulador de calor.
> Fluido portador
Fluido utilizado para transferir energía térmica entre los componentes de una instalación.
> Acumulador de agua
Depósito donde se acumula el agua que posteriormente se destina al consumo doméstico, bien a través de grifos y ducha, bien al sistema de calefacción. El acumulador suele ser también calentador, puesto que el sistema queacumula el agua se encuentra a su interior.
Los acumuladores de agua caliente son un elemento clave a la instalación, puesto que permiten almacenar el agua calentada durante el día para ser consumida cuando convenga. Gracias a ellos, se puede disponer de agua caliente durante las 24h del día, y por eso tienen que estar muy bien aislados.
Un acumulador está formado por un depósito con un serpentín a su interior, por el cual circula el fluido caliente que procede de los captadores solares y que cede el calor al agua que lo rodea. Está perfectamente aislado con espuma dura y poliestireno.
Otra variedad de acumuladores es la doble rodeando, un depósito dentro de otro. En el interior se aloja el agua a calentar y por el exterior circula el fluido caliente procedente de los captadores solares.
De esta forma se obtiene una mayor superficie de contacto.
> Volumen del acumulador volumen del depósito
Volumen mesurado del fluido contenido al acumulador cuando está lleno.
> Font térmica de apoyo
Font térmica, diferente de la solar, utilizada para complementar la energía proporcionada por la instalación solar térmica.
> Fracción solar
Porcentaje de consumo energético cubierto por la energía solar.
> Intercambiador
Es el dispositivo mediante el cual se transmite el calor generado a los captadores al agua que posteriormente usaremos. En sistemas solares térmicos, suele ser un tubo con forma de serpentín -situado dentro del tanque acumulador o calentador- a través del cual discurre el agua caliente proveniente de los captadores. El agua a consumir entra en contacto con este serpentín y recibe el calor.
> Sistema de control
Sistema que controla la temperatura y el correcto funcionamiento de la instalación. Puede llegar a un alto grado de sofisticación, pudiendo, incluso, enviar correos electrónicos a la dirección pertinente en caso de avería.

Agua caliente sanitaria
Con una sencilla instalación puede conseguirse agua caliente para el uso doméstico que cubra completamente las necesidades de una familia durante todo el año. El agua caliente sanitaria (ACS) es el agua potable de uso doméstico que calentamos para usar en baños y duchas.
Se puede conseguir esta agua caliente de forma limpia y gratuita de la naturaleza, instalando captadores solares térmicos, que es la opción más rentable que ofrece la energía solar térmica. La instalación es simple, el coste asequible y se amortiza en poco tiempo.

Calefacción
Hoy en día es totalmente viable utilizar la energía solar para calentar un hogar en invierno, la estación con menos horas de sol. En realidad, pero, con una instalación de este tipo se consigue entre un 30 y un 50% de las necesidades térmicas de una vivienda. Para lo cual, se realiza la instalación de captadores solares, que absorben el calor del sol y la transmiten a un circuito cerrado por el cual discurre un fluido que, a su vez, transmite el calor al sistema de calefacción.

Generación de frío
Un sistema no muy conocido, pero no por eso evolucionado, son las máquinas de absorción, que generan frío a partir de una fuente de calor. Los ciclos de absorción se basan físicamente a la capacidad que tienen algunas sustancias, tales como el agua y algunas sales como el Bromuro de Litio, para absorber, en fase líquida, vapores otras sustancias tales como el amoníaco y el agua, respectivamente.
A partir de este principio es posible concebir una máquina en la cual se produce una evaporación con la consiguiente absorción de calor, que permite el enfriamiento de un fluido secundario al intercambiador de calor que actúa como evaporador, para a continuación recuperar el vapor producido disolviendo una solución salina o incorporándolo en una masa líquida. El resto de componentes e intercambiadores de calor que configuran una planta frigorífica de absorción, se utilizan para transportar el vapor absorbido y regenerar el líquido correspondiente para que la evaporación se produzca de una manera continua. En los ciclos de absorción se habla siempre de agente absorbente, designando así a la sustancia que absorbe los vapores, y de agente refrigerante, o agente frigorífico, a la sustancia que se evapora y da lugar a una producción frigorífica aprovechable. Serían absorbentes el agua y la solución de Bromuro de Litio, y refrigerantes el amoníaco y el agua destillada, en los ciclos de absorción Agua-Amoníaco y Bromuro de Litio-Agua, respectivamente. Es importante conocer las posibilidades de los equipos de absorción para ser utilizados para la refrigeración y climatización en aplicaciones en las cuales se dispone de fuentes alternativas de energía. Energías no convencionales como la Geotérmica, la Biomasa y la Solar Térmica pueden ser empleadas como fuente de aporte energético a los concentradores de simple efecto de plantas de absorción, para valores de temperatura de agua comprendidos entre 80 y 130 °C, si bien es verdad que con Golpes bastante bajos, alrededor de 0,5, pero con la ventaja que supone la independencia de fuentes convencionales de energía y, sobre todo, el ahorro de combustibles fósiles y la reducción del impacto ambiental que su uso implica.

Climatización de piscinas
Tanto para piscinas cubiertas como descubrimientos, utilizar energía solar térmica para calentarlas es la opción más rentable. Si, por ejemplo, disponemos de un sistema solar térmico para la calefacción, en los meses que no se usa esta, es muy útil para piscinas descubiertas, puesto que aumentando la temperatura del agua unos pocos grados, se consigue alargar su periodo de utilización. El beneficio que aporta y el mejor confort no van a cambio de aumentar el consumo energético ni las emisiones de gases de efecto invernadero.