Energía Solar Térmica

INTRODUCCIÓN

Cada año el sol arroja 4 mil veces más energía que la que consumimos, por lo que su potencial es prácticamente ilimitado.

Se entiende por energía solar térmica, a la transformación de la energía radiante solar en calor o energía térmica. La energía solar térmica se encarga de calentar el agua de forma directa alcanzando temperaturas que oscilan entre los 40º y 50º gracias a la utilización de paneles solares (se pueden alcanzar mayores temperaturas incorporando concentradores de la luz solar). El agua caliente queda almacenada para su posterior consumo: calentamiento de agua sanitaria, usos industriales, calefacción de espacio, calentamiento de piscinas, secaderos, refrigeración, etc.

Por tanto, la energía solar térmica utiliza directamente la energía que recibimos del Sol para calentar un fluido.

La intensidad de energía disponible en un punto determinado de la tierra depende, del día del año, de la hora y de la latitud. Además, la cantidad de energía que puede recogerse depende de la orientación del dispositivo receptor.

COLECTORES TÉRMICOS

Un captador solar térmico está formado por un cuerpo opaco que absorbe la radiación solar recalentándose, un sistema de enfriamiento gracias a un fluido termoportador, un aislante térmico, una cobertura transparente (con su cara anterior expuesta a la radiación) que garantiza el efecto invernadero, un sistema hidráulico y un sistema de ensamblaje mecánico del conjunto.

Los paneles realizan 3 funciones principales:

- Absorber la radiación solar

- Transformarla en calor (energía)

- Transmitir esta energía calorífica al fluido termoportador.

La lámina absorbente se realiza generalmente con materiales buenos conductores del calor como son el cobre, aluminio o acero. Para incrementar la cantidad de energía solar absorbida, la lámina es tratada en la parte expuesta con barnices especiales que contribuyen a aumentar las prestaciones.

La lámina que capta la radiación se dota con una serie de canalizaciones por las que fluye el fluido, normalmente una mezcla de agua con anticongelante. Su continua circulación permite a la instalación de transportar la energía térmica absorbida por el colector solar al tanque de acumulación.

Para minimizar las dispersiones térmicas, se aislan con una capa de material aislante la parte trasera y los lados el colector.

Los colectores solares se dividen en dos grandes grupos:

1. Los Colectores Solares sin concentración: Los cuales no superan los 70º C aproximadamente, por lo que son usados en las aplicaciones de la energía solar térmica de baja temperatura. Un ejemplo de aplicación sería la producción de agua caliente sanitaria.

Estos colectores se caracterizan por no poseer métodos de concentración de energía solar, por lo que la relación entre la superficie del colector y la superficie de absorción es prácticamente la unidad.

- Colector solar de Placa Plana:

En general un colector de placa plana actúa como un receptor que recoge la energía procedente del Sol y calienta una placa. La energía almacenada en la placa es transferida al fluido. Usualmente, estos colectores poseen una cubierta transparente de vidrio o plástico que aprovecha el efecto invernadero, formado por una serie de tubos de cobre, los cuales expuestos al sol absorben la radiación solar y se la transmiten al fluido que atraviesa su interior. Su aplicación es la producción de agua caliente sanitaria, climatización de piscinas y calefacción.

- Colectores de Aire:

Son colectores de tipo plano cuya principal característica es tener como fluido caloportador el aire. No tienen una temperatura máxima límite (los procesos convectivos tienen una menor influencia en el aire) y trabajan mejor en condiciones de circulación normal, pero en contraposición poseen una baja capacidad calorífica y el proceso de transferencia de calor entre placa y fluido es malo. Su aplicación principal es la calefacción.

Colector de tubos de vacio

- Colectores de Vacío:

Van dotados de una doble cubierta envolvente, herméticamente cerrada, aislada del interior y del exterior, y en la cual se ha hecho el vacío. Su finalidad es la de reducir las pérdidas por convección. Son más caros, además de perder el efecto del vacío con el paso del tiempo. Su aplicación principal es la producción de agua calienta sanitaria y climatización de piscinas.

- Tubos de Calor:

Poseen una simetría cilíndrica, formados por dos tubos concéntricos; uno exterior de vidrio y uno interior pintado de negro o con pintura selectiva. El fluido circula por el tubo del interno. Su aplicación principal es la calefacción.

- Colectores Cónicos o esféricos:

Su principal característica es que constituyen simultáneamente la unidad de captación y de almacenamiento. Su superficie de captación es cónica o esférica con una cubierta de vidrio de la misma geometría. Con estas geometrías se consigue que la superficie iluminada a lo largo del día, en ausencia de sombra, sea constante. Su instalación es sencilla, pero presentan problemas de estratificación del agua y la superficie útil de captación es pequeña. Su aplicación principal es la producción de agua caliente sanitaria.


2. Los Colectores Solares de Concentración: Los cuales, haciendo uso de los métodos de concentración de la óptica, son capaces de elevar la temperatura de fluido a más de 70º C. Estos se aplican en la energía solar térmica de media y alta temperatura y no en el sector residencial.

Usan sistemas especiales con el fin de aumentar la intensidad de la radiación sobre la superficie absorbente y de este modo conseguir altas temperaturas en el fluido caloportador. La principal complicación que presentan es la necesidad de un sistema de seguimiento para conseguir que el colector esté permanentemente orientado en dirección al Sol.

- Concentradores cilíndricos: Su superficie reflectora es la mitad de un cilindro. Su aplicación principal es la producción de vapor en una central térmica

Concentradores paraboloides

- Concentradores paraboloides: Su superficie reflectora presenta una geometría de paraboloide de revolución. Su aplicación principal es la producción de vapor en una central térmica.

Radiaciñon solar en un colector solar

La radiación solar (directa o difusa) cruza el cristal. En el cajón del panel solar, una superficie absorbente capta el espectro infrarrojo de la radiación, a fin de reemitir lo menos posible. En todo caso, la radiación infrarroja es atrapada por el cristal. Entre la placa absorbente y el aislamiento posterior del panel un circuito de agua recoge el calor. Este circuito intercambia el calor en un depósito mediante un intercambiador y se produce agua caliente. El circuito secundario puede distribuir el agua caliente o abastecer la calefacción. En caso de insuficiente contribución solar, se conecta el sistema de calentamiento complementario (gas natural, fuel oil, etc).

Componentes de una instalación solar térmica

Un equipo solar doméstico compacto, al igual que una instalción solar puede estar constituido por:

a) Sistema de captación, formado por uno o varios captadores que transforman la radiación solar incidente en energía térmica de forma que se calienta el fluido de trabajo que aquellos contienen.

b) Sistema de acumulación, constituido por un depósito que almacena el agua caliente hasta que se precise su uso.


c) Sistema de intercambio, que realiza la transferencia de energía térmica captada desde el circuito de colectores o circuito primario, al agua caliente que se consume.


d) Circuito hidráulico, constituido por tuberias, válvulas, etc., que se encargan de conducir el movimiento del fluido caliente desde el sistema de captación hasta el sistema de acumulación y desde éste a la red de consumo.

e) Sistema de regulación y control, que fundamentalmente se encarga de asegurar el correcto funcionamiento del equipo, para proporcionar un adecuado servicio de agua caliente y aprovechar la máxima energía solar térmica posible.

f) Sistema auxiliar, se utiliza para complementar el aporte solar suministrando la energía necesaria para cubrir la demanda prevista, garantizando la continuidad del suministro de agua caliente en los casos de escasa radiación solar o consumo superior al previsto.