9 Agosto, 2018 MaritecSolar

Energía solar térmica

La producción de calor con energía solar es una tecnología con eficacia demostrada desde hace décadas. La energía termosolar puede usarse para el calentamiento de agua, la calefacción y la refrigeración.

Instalaciones termosolares para el calentamiento de agua potable en viviendas unifamiliares:
1) Captador
2) Acumulador
3) Caldera
4) Central solar
5) Consumidor de agua caliente (por ejemplo, la ducha)

 

Tecnología y aplicaciones

En los edificios de viviendas existen dos tipos de sistemas termosolares: los que se utilizan únicamente para calentar agua y los que además se utilizan también para la calefacción, estos últimos se denominan sistemas “combi”. Cerca de la mitad de las nuevas instalaciones termosolares en Alemania se utilizan exclusivamente para calentar agua. Están diseñadas de tal manera que en el semestre de verano pueden calentar completamente el agua de uso sanitario. Mientras que en el semestre de invierno el agua se calienta principalmente gracias a un dispositivo termodinámico, lo más común en Chile es gas (caldera de gas, queroseno o madera, o con una bomba de calor) asistido por la instalación termosolar en los días soleados. Durante todo el año la energía termosolar cubre aproximadamente un 60 % de la energía necesaria para calentar agua.

Los sistemas combi precisan una superficie mayor y pueden contribuir a la calefacción del edificio tanto en los meses de primavera como en los de otoño. Para casas unifamiliares, los captadores precisan una superficie de entre 10 y 18 m². Por norma general, el porcentaje de la demanda total de calor del edificio que se cubre mediante energía termosolar, oscila entre un 10 % y un 30 %, dependiendo de lo bien aislada que esté la casa y, por consiguiente, de cuánta calefacción necesite. Existen, sin embargo, casas solares especiales que cubren en más del 50 % e incluso al 100 % la demanda total de energía con energía termosolar.

 

Captadores solares

Existen tipos diferentes de captadores solares.
La forma más simple la representan los captadores con dispositivo de absorción de plástico sin vidrio. En este caso el agua se bombea a través de placas de plástico negras y se usa normalmente para el calentamiento de piscinas. Este tipo de sistema alcanza temperaturas de 30 °C a 50 °C.

Aproximadamente el 75 % de los captadores utilizados en Alemania son captadores solares planos (60° – 90 °C) y el resto son captadores de tubos de vacío.

Los captadores de aire son un tipo especial de captadores planos utilizados para la calefacción de edificios calentando el aire directamente sin almacenamiento intermedio. El aire caliente se puede usar también para el secado de productos agrícolas. Los intercambiadores de calor que funcionan con agua y aire pueden servir también para calentar agua, por ejemplo para calentar el agua de uso sanitario.

Los captadores de tubo de vacío tienen el dispositivo de absorción solar instalado en una caja que reduce la pérdida de calor gracias al aislante y el vidrio. Éste transforma los rayos solares en energía, alcanzando temperaturas más altas y mayores grados de eficiencia gracias a la reducción de las pérdidas de calor mediante la alta presión negativa en los tubos de vidrio que constituyen el captador. Gracias a la capacidad giratoria de cada tubo, la placa de absorción donde se encuentra en el tubo de vidrio puede orientarse hacia el sol de manera excelente. Por esta razón se pueden colocar los captadores de tubo de vacío casi de manera horizontal a la superficie de los tejados. Cada tubo forma un sistema cerrado que transmite el calor al agua mediante un circuito térmico resistente a las heladas.

Agua caliente y calefacción para el hogar En sistemas combinados, la provisión de agua caliente y la calefacción se suministran mediante la instalación de paneles solares. Esto permite ahorrar una mayor cantidad de energía convencional. Estos sistemas poseen colectores solares con superficies más grandes y ayudan a calentar el edificio en los meses de primavera y de otoño. En las viviendas unifamiliares se suelen instalar colectores con una superficie de entre 10 y 18 m2. La energía solar suministra normalmente entre un 10% y un 30% de la demanda total de energía de un edificio, dependiendo del buen aislamiento de la vivienda y de la cantidad requerida de calefacción. También existen casas especiales que obtienen entre más de un 50% y un 100% de la cantidad requerida de calefacción gracias a sistemas de energía térmica solar.

 

Grandes sistemas de producción de agua caliente para el hogar

Los grandes sistemas de producción de agua caliente potable para bloques de apartamentos, hoteles, hospitales y similar suelen utilizar colectores solares que tienen entre diez y varios cientos de metros cuadrados. Están normalmente diseñados para cubrir niveles más bajos de demanda solar de agua caliente y son, por eso, especialmente eficientes.

 

Energía solar para la calefacción centralizada

Las grandes instalaciones solares también son capaces de suministrar calor procedente del sol a redes de calefacción centralizada. En los edificios residenciales conectados a la red, el calor se almacena en dispositivos protectores antes de ser transformado en agua caliente potable y calefacción.

También se adquiere un mayor rendimiento solar en los sistemas de calefacción solar centralizada que permiten un diferente almacenamiento según la época del año. El calor solar que se almacena en verano se utiliza para calentar una gran reserva de agua; en los meses de invierno, este calor solar se utiliza para calentar las casas conectadas a la red de distribución.

 

Los sistemas de circulación por bombeo

La energía térmica que se capta en el panel colector se almacena gracias a una sustancia para la transferencia de calor. Esta sustancia ha de circular por una bomba de calor. Por ello, el lugar de almacenamiento de energía puede situarse en el sótano, facilitando la integración de la instalación solar así como la producción térmica convencional. Una unidad de control monitorea y controla el sistema de manera que siempre haya suficiente energía térmica para calentar el agua.

 

Sistema Termosifón (convección)

Los sistemas termosifón están ideados para zonas donde no se producen heladas y su diseño es muy simple. Los líquidos calientes son menos densos que los líquidos fríos y de esta manera la gravedad permite que la sustancia de transferencia de calor circule entre el colector y el tanque de almacenamiento situado sobre éste. Los sistemas termosifón funcionan sin energía eléctrica para bombas y reguladores.

 

Refrigeración solar

La tecnología térmica solar puede contribuir enormemente a los sistemas de refrigeración. El calor que se obtiene de un colector solar se utiliza como energía para potenciar la producción de aire acondicionado. Una ventaja particular de esta tecnología es que se necesita aire acondicionado justo en las horas de sol, eliminando así la necesidad de un largo almacenamiento de calor o frío. Además de ahorrar combustibles fósiles, esto también significa que en verano se puede reducir la demanda máxima de potencia eléctrica. El ascenso en la demanda de mayor confort junto a la tendencia de construir edificios con grandes fachadas de cristal hará que aumente la demanda de aire acondicionado ecológico. Estos sistemas representan una alternativa fiable especialmente en países con climas más cálidos, donde la energía consumida por los aparatos eléctricos de refrigeración alcanza su capacidad máxima a las horas de mayor demanda energética.

 

Se suelen usar dos sistemas diferentes para la refrigeración solar.

– Sistemas cerrados. El calor solar se utiliza para el proceso de refrigeración. En el llamado ‘sistema cerrado’, los líquidos empleados no entran en contacto con la atmósfera.
– Sistemas abiertos. El ‘sistema abierto’ emplea agua refrigerada en contacto directo con la atmósfera. En el llamado método desecante, el vapor de agua se separa del aire que se absorbe por medio de un desecante, por ejemplo gel de sílice, que se coloca en un cilindro rotativo poroso y absorbe la humedad. Durante la rotación, una parte del cilindro se mantiene caliente constantemente gracias a una corriente de aire térmico solar y la humedad se desprende al medio ambiente (deshumidificador de rotor). El aire que se absorbe se calienta ligeramente mientras es secado y, al pasar por el segundo rotor, enfría el ambiente. Alcanzar el nivel deseado de refrigeración es el resultado de la evaporación del agua procedente del aire absorbido.

 

Perspectivas

Las empresas y los institutos de investigación continúan desarrollando los sistemas de refrigeración solar para convertirlos en sistemas más compactos, más baratos y más fiables para unas necesidades de rendimiento más bajas. Hasta ahora, solamente están disponibles en el mercado grandes sistemas con capacidades de refrigeración de unos 50 a 100 kW, apropiados para los sistemas de refrigeración de edificios como grandes almacenes, edificios de oficinas o centros de convenciones.

La comercialización de sistemas más pequeños con capacidades de refrigeración de unos pocos kilovatios para viviendas unifamiliares o áticos todavía no está muy avanzada. La refrigeración solar es de particular importancia en países con grandes necesidades de refrigeración. Esta tecnología con miras al futuro promete reducciones a largo plazo en el consumo de energía y en los costes de control climático.

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