Energía Solar Térmica

Consiste en la captación y aplicación de la radiación solar, generalmente en edificios para usos térmicos. Ejemplo:

AGUA CALIENTE SANITARIA (ACS)

El efecto térmico producido por la energía solar puede ser utilizado directamente por el hombre mediante diferentes dispositivos artificiales, transfiriendo ese calor a los fluidos que le interesen.

Presenta características peculiares entre las que se destacan:

  • Elevada calidad energética.
  • Pequeño o nulo impacto ecológico.
  • Inagotable a escala humana.

¿ CÓMO FUNCIONA ?

La energía térmica (calor) procedente de los rayos solares llega a los captadores, calentando el fluido que circula por su interior (normalmente agua con anticongelante). Esta energía en forma de agua caliente es intercambiada hasta otro circuito (secundario) donde es acumulada en un depósito acumulador hasta poder ser utilizada, normalmente como AGUA CALIENTE SANITARIA (ACS).

Agua caliente sanitaria

Clasificación

Las instalaciones solares térmicas pueden clasificarse atendiendo a los siguientes criterios:

  • El principio de circulación.
  • El sistema de intercambio.
  • El sistema de expansión.
  • La forma de acoplamiento de componentes.
  • La disposición de componentes.
  • El sistema de energía auxiliar.

Según el principio de circulación, las principales tecnologías para el aprovechamiento de la energía solar son:

  • La Circulación Natural
  • La Circulación Forzada

La diferencia fundamental entre ambas es que en la primera (circulación natural) no hay elementos en el sistema de tipo electromecánico: el motor de la circulación natural es directamente la energía solar, mientras que en la segunda (circulación forzada), el fluido circula gracias a una bomba de circulación.

¿Cuáles son sus aplicaciones?

Principales aplicaciones:

  • Agua caliente sanitaria en el sector residencial y servicios.
  • Calefacción por suelo radiante, fan-coils o elementos radiantes en los sectores residencial, servicios o industrial.
  • Climatización de piscinas.
  • Refrigeración.
  • Procesos industriales en los que se utilice agua caliente u otro fluido caliente.

Sistemas solares de Circulación Natural

Los sistemas de circulación natural son muy sencillos, requieren poca manutención y se pueden construir utilizando cualquier modelo de panel solar.

Todos los sistemas de circulación natural se basan en el principio por el que el fluido del circuito primario, calentado por el sol, disminuye su densidad, se vuelve más ligero y asciende, provocando un movimiento natural del fluido mismo.

En los sistemas de circulación natural el depósito de acumulación del agua tiene que estar siempre colocado más arriba del panel y a poca distancia del mismo, aunque también existen sistemas de circulación natural con el depósito colocado detrás del panel. Asimismo, las tuberías de enlace entre el panel y el depósito tienen que mantener la misma inclinación.

Agua Caliente Sanitaria

La fuerza impulsora del movimiento en las instalaciones por termosifón es pequeña y, por lo tanto, se debe prestar especial atención al diseño y montaje de la instalación para favorecer siempre el movimiento del fluido.

La regulación por termosifón es muy simple, si bien no hay posibilidad de limitar la temperatura máxima del acumulador solar que, en verano y épocas de escaso consumo, puede llegar a alcanzar valores que supongan un riesgo para la durabilidad de la instalación y en algunos casos incluso para las personas.

Entre las instalaciones de circulación natural se puede hacer otra distinción más entre sistemas de intercambio directo y sistemas de intercambio indirecto:

El principio de funcionamiento en ambos casos se puede resumir como se expone a continuación: cuando el agua o el fluido portador de calor se calienta en el colector solar, disminuye su densidad. Por ello, se vuelve más ligero y tiende a subir, mientras que el agua fría baja para ocupar el lugar dejado libre por el agua caliente. De esta forma, no son posibles circulaciones invertidas ya que el calor se queda cada vez más arriba o directo .

A la luz de este principio físico (ya ampliamente utilizado en los termosifones de circulación natural), es fácil entender el funcionamiento de un sistema solar de circulación natural.

Los elementos que forman un sistema solar de circulación natural son:

  • colector/es solar/es;
  • depósito de acumulación / intercambiador

El colector plano está conectado en un circuito cerrado con un depósito térmicamente aislado destinado a la acumulación del agua caliente.

En los sistemas de intercambio directo, el agua intercambiada es la misma que es calentada en los colectores y que luego sube a través del termosifón en el acumulador, donde se reservará para su utilización.

Aunque durante años se permitieron las instalaciones directas, es decir, aquellas en las que el fluido primario, que pasa por captadores, es consumido por el usuario, su uso ha venido presentando ciertas limitaciones e inconvenientes en su funcionamiento y durabilidad, lo que ha llevado a que el Código Técnico de la Edificación no las contemple entre las configuraciones admitidas.

En los sistemas de intercambio indirecto, un fluido (compuesto por glicol y agua desmineralizada) se calienta en los paneles solares y siempre “por termosifón” circula en un intercambiador colocado dentro del depósito en el que se acumula el agua caliente.

Agua Caliente Sanitaria

Aplicaciones

La aplicación típica de la circulación natural es la producción de agua caliente para uso sanitario.

Para este uso, el sistema de circulación natural es más competitivo que otros tipos de sistemas, pues resulta ser más fiable (ya que en el sistema no hay elementos electromecánicos) y menos costoso.

Sistemas solares de circulación forzada

El principio de funcionamiento de un sistema de circulación forzada se distingue del de circulación natural porque el fluido, contenido en el colector solar, fluye en el circuito cerrado por efecto del empuje de una bomba comandada por una centralita o termostato que se activa, a su vez, por sondas colocadas en el colector y en el depósito.

Los elementos que forman un sistema de este tipo son:

  • colector/es solar/es.
  • depósito de acumulación/intercambiadores.
  • termostato diferencial o centralita.
  • sondas de temperatura.
  • bomba de circulación.
  • vaso de expansión.
  • intercambiador de calor.
  • válvulas.
ACS-circulacion-forzada

Criterio de selección de configuraciones

A continuación se indican algunos de los condicionantes principales:

  • Tamaño de la instalación (área de captación): Para áreas de captación superiores a 10m2, la complicación hidráulica de la instalación recomienda el uso de una configuración de circulación forzada.
  • Ubicación de componentes y disponibilidad de espacio: La disponibilidad de los componentes en las cubiertas o las limitaciones de espacios puede motivar grandes pérdidas de carga en el circuito hidráulico, que implicarían el uso de la circulación forzada.
  • Integración arquitectónica: La integración arquitectónica de las instalaciones se consigue más fácilmente mediante las instalaciones de circulación forzada.

Aplicaciones

Las aplicaciones más comunes de los sistemas de circulación forzada son, además de la producción de agua caliente para uso sanitario en los casos en los que la circulación natural no se puede utilizar, la calefacción y la conservación de la temperatura del agua de la piscina.

¿Es rentable la energía solar?

La energía proviene del Sol; por lo tanto, lo que supone un desembolso extraordinario es la adquisición y montaje de la instalación para la producción de agua caliente sanitaria en una vivienda, hotel… No obstante, esta inversión se compensará con creces en pocos años, al sustituir una energía convencional por otra mucho más económica. Desde el mismo momento en que pongamos en marcha nuestra instalación solar, la factura del gas o la electricidad destinada a la producción de agua caliente sanitaria bajará. Esto se traduce en ahorros medios de entre unos 75 a 150 euros al año en una economía familiar, en función del combustible que se sustituya.

Otra de las ventajas de la energía solar es que esta tecnología nos ayudará a disminuir nuestra dependencia energética del exterior que, al fin y al cabo, es un buen método de garantizar el suministro de energía con total autonomía. Además, hay que tener en cuenta que esta fuente de energía no está sujeta a fluctuaciones de mercado y que los precios no oscilan en relación al coste de la vida, o cualquier otra circunstancia.

Por todas estas razones, hoy por hoy podemos decir que una instalación solar térmica cuenta con grandes ventajas frente a otros sistemas de abastecimiento y es plenamente rentable en términos económicos. Por si fuera poco, también hay que añadir que sus usuarios pueden acceder a unas buenas condiciones de financiación y a ayudas a fondo perdido de las diferentes administraciones.

¿Cuánto cuesta una instalación solar?

El precio varía según sea una instalación individual o colectiva. Por lo general, el precio medio de una instalación de placa plana oscila entre los 600 y los 800 euros por metro cuadrado; este precio disminuye a medida que la instalación solar precise de más metros de superficie captadora o bien se trate de una vivienda nueva donde su incorporación vendrá integrada en el diseño del proyecto.

El tamaño de una instalación dependerá de la demanda de agua caliente sanitaria y de la zona geográfica en la que nos encontremos. A modo de ejemplo, podríamos decir que una vivienda familiar necesitará entre 2 y 4 m2 de superficie de captación solar, mientras que una comunidad de vecinos deberá instalar entre 1,5 y 3 m2 por familia para configuraciones de sistemas centralizados.

No obstante, a la hora de emprender un proyecto de energía solar es preciso hacer un estudio previo de la demanda energética de la vivienda, hotel, polideportivo, etc, para poder dimensionar el sistema solar que mejor se adapte a las necesidades del edificio en todo momento.

Teniendo en cuenta todas estas variables, podemos asegurar que con los programas de ayudas existentes en las diferentes administraciones, una instalación de energía solar para agua caliente sanitaria viene a costar alrededor de 1.200 euros por vivienda; el valor aproximado de una televisión de plasma o de algunos de los electrodomésticos que utilizamos habitualmente en el hogar.

¿En cuánto tiempo se puede amortizar la inversión?

La vida media de una instalación de energía solar térmica es de unos veinticinco años, aunque actualmente se tiende a diseñar equipos con una duración de treinta años de vida útil.

El plazo habitual de amortización está entre los diez y los quince años. De esta manera, si tenemos en cuenta que la vida útil de la instalación supera los 25 años, se puede decir que tendremos agua caliente de forma gratuita durante mucho tiempo.

Ejemplos de instalaciones para viviendas unifamiliares (Fuente IDAE)

CASO TIPO I EQUIPO PREFABRICADO EN VIVIENDA UNIFAMILIAR
Superficie de captación 2 m2
Producción energética 1.245 te/año
Inversión unitaria por m2 captado (2006) 676 €/m2
Ahorro estimado Vs. GAS Natural 75€/Año
Ahorro estimado Vs. Gasóleo C 100€/Año
Ahorro estimado Vs. Electricidad 137€/Año
Gastos de operación y mantenimiento 15€/m2 año. 2,20% sobre inversión
CASO TIPO II INSTALACIÓN POR ELEMENTOS EN COMUNIDAD DE VECINOS
Superficie de captación 38 m2
Producción energética 21.300 te/año
Inversión unitaria por m2 captado (2006) 591 €/m2
Ahorro estimado Vs. GAS Natural 1.278 €/Año
Ahorro estimado Vs. Gasóleo C 1.704 €/Año
Gastos de operación y mantenimiento 10,6 €/m2 año. 1,80% sobre inversión
CASO TIPO III INSTALACIÓN POR ELEMENTOS EN COMPLEJO HOTELERO
Superficie de captación 580 m2
Producción energética 342.780 te/año
Inversión unitaria por m2 captado (2006) 591 €/m2
Ahorro estimado Vs. GAS Natural 20.567 €/Año
Ahorro estimado Vs. Gasóleo C 27.422 €/Año
Gastos de operación y mantenimiento 8,3 €/m2 año. 1,40% sobre inversión