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ENERGÍA SOLAR (III): energía solar térmica

ENERGÍA SOLAR (III): energía solar térmica

Cuando pensamos en la energía solar, son muchas las ventajas que vienen a nuestra cabeza, parece que este tipo de energía se nos ofrece día tras día con la salida del sol y, al ser España, lugar muy favorecido por el sol, se convierte en un tipo de energía que podríamos calificar como interesante.

DEFINICIÓN

energia-solar-termica-colectores-solaresSe 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 40ºy 50º gracias a la utilización de paneles solares (siempre temperaturas inferiores a los 80ºC). El agua caliente queda almacenada para su posterior consumo.

Esta agua caliente se podrá usar posteriormente para cocinar o para la producción de agua caliente destinada al consumo de agua doméstico (ACS), ya sea agua caliente sanitaria, calefacción, o para producción de energía mecánica y a partir de ella, de energía eléctrica. Actualmente también tenemos la posibilidad de alimentar una máquina de refrigeración por absorción, que empleará esta energía solar térmica en lugar de electricidad para producir frío como lo haría un aparato de aire acondicionado tradicional.

Por tanto, la energía solar térmica utiliza directamente la energía que recibimos del Sol para calentar un fluido. La diferencia con la energía solar fotovoltaica es que ésta aprovechado las propiedades físicas de ciertos materiales semiconductores para generar electricidad a partir de la radiación solar.

En su almacenamiento tenemos que distinguir dos tipos de sistemas:

-Sistemas de almacenamiento en medio único. El medio utilizado para almacenar la energía térmica es el mismo fluido que circula por los colectores solares. La eficacia de este tipo de sistemas es superior al 90%.

-Sistemas de almacenamiento en medio dual. El almacenamiento de calor tiene lugar en un medio diferente al fluido de trabajo que se calienta en los colectores solares. La eficacia que demuestran sistemas es aproximadamente un 70%.

La intensidad de energía utilizable una vez que la radiación solar atraviesa la atmósfera es muy baja, y su utilización está condicionada por la temperatura a la cual se va a aprovechar. La energía solar térmica, según su utilización, se puede clasificar en baja, media o alta temperatura. Sólo ésta última es válida para la producción de energía eléctrica.

Sistema solar térmico para uso domestico:energia-solar-termica

- Colector

-Deposito de almacenamiento

-Caldera

-Estación solar

-Consumo del agua (ducha)

El funcionamiento de la captación de energía solar térmica se basa en lo siguiente: el primer paso es captar los rayos solares mediante colectores o paneles solares, después a través de este panel solar hacemos pasar agua u otro fluido de características similares, de esta manera una parte del calor absorbido por el panel solar es transferido al agua y de esta forma ya puede ser directamente usada o almacenada para que hagamos uso de el cuando lo necesitemos.

MÉTODOS DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA

 Existen dos Métodos para producir electricidad mediante energía solar térmica:

-Alta concentración

-Baja concentración

En ambos casos, el sistema consiste en calentar un fluido que al evaporarse hace mover una turbina. A partir de ahí, el funcionamiento es similar al de una central de generación eléctrica cualquiera (nuclear, térmica, hidrodinámica…), con la diferencia de que en este caso la fuente de energía es el Sol.

El rendimiento global en generación de electricidad de una central termosolar está en torno al 16-20%.

Dispositivos de alta concentración

Son los llamados sistemas de “receptor central” La radiación solar se capta por medio de un conjunto de espejos curvos (heliostatos), que reflejan la luz del sol concentrándola en un único punto o foco. Los espejos siguen el movimiento del sol durante el día controlándolo mediante programas informáticos, ya que el movimiento del sol varia con la latitud, la época del año y el día. El foco funciona como receptor del calor que lo transfiere al fluido de trabajo (agua, aceite, aire, sales, etc.) que es el encargado de transmitir el calor a otra parte de la central termosolar. Generalmente, el calor es transmitido a un depósito de agua, que a altas temperaturas se evapora, hecho éste que es aprovechado para hacer mover una turbina.

Los receptores centrales tienen características positivas: tienen ratios de concentración de 300 a 1500, por lo que son altamente eficientes pudiendo operar a temperaturas entre 500 y 1500ºC.

Dispositivos de baja concentración

Conjunto de colectores cilindro parabólicos que se mueven con el sol concentrando la radiación en una tubería ubicada a lo largo del foco, la cual concentra el fluido de trabajo que transporta el calor adquirido. El fluido que se mueve por el tubo es calentado y transportado a una red de tuberías diseñada para minimizar las pérdidas de calor. Los sistemas parabólicos generalmente constan de una línea focal horizontal simple permitiéndoles rastrear el sol a lo largo de un solo eje N-S o E-O. Una orientación N-S provee un poco más de energía anual que una E-O, pero el potencial en invierno es menor en latitudes medias. Por contra, una orientación E-O provee un producto más constante a través del año.

Los sistemas parabólicos operan a temperaturas entre 100 y 400ºC, bastantes más bajas que el sistema de foco central. Sin embargo, este tipo de sistemas son los que están más desarrollados tecnológicamente ya que son centrales que ocupan un espacio más pequeño y presentan más ventajas frente a los discos parabólicos.

Tanto en sistemas de alta o baja concentración, la energía calorífica solar se transforma generalmente en energía eléctrica, aunque existe la posibilidad de almacenar calor.

 APLICACIONES

 Algunos usos:

-Calentamiento de ACS

-Calentamiento de agua para piscinas

-Calefacción

-Secado

-Calentamiento en aplicaciones industriales

-Desaladoras

-Sistemas de refrigeración

-Arquitectura bioclimática

-Conversión termodinámica: centrales solares

 VENTAJAS

- La energía solar térmica (EST) permite cubrir hasta el 60% de las necesidades de agua caliente para la ducha y la cocina de tu casa, o para un hotel, restaurante o empresa respecto a los sistemas convencionales.

- Funciona en todas partes. Sólo es necesario disponer de una azotea, patio o tejado donde poner los captadores y el depósito donde se acumula el agua calentada por el sol. La instalación puede ser para una sola vivienda o varios.

-La inversión en paneles solares pueden amortizarse con el ahorro que se obtiene. El gasto para agua caliente y calefacción puede llegar al 34% del consumo energético de las viviendas. Aprovechar la energía solar permite reducir entre un 60 y un 80% el consumo de energía convencional.

- Para una familia de entre 2 y 4 personas, el sistema solar genera un mínimo de ahorro de 210 euros anuales, con un coste de instalación entre 1.800 y 3.000 euros. La vida útil de la instalación supera los veinte años y se puede amortizar a partir del séptimo. En las instalaciones colectivas los costes y los plazos de amortización son menores.

-Las placas solares pueden ser un complemento interesante de apoyo a la calefacción, sobre todo en sistemas que utilicen agua a temperatura inferior a 60ºC, tal y como sucede con los sistemas por suelo radiante o en los de “fan-coil”

 INCONVENIENTES

-Su discontinuidad en el tiempo

-En la mayoría de los casos, tanto en viviendas unifamiliares, como en edificios, las instalaciones de energía solar térmica proporcionan entre un 50 y un 70% del agua caliente demandada, por lo que siempre necesitan un apoyo de sistemas convencionales de producción de agua caliente (caldera de gas, caldera de gasóleo, etc.).

-Sólo aprovechan la radiación directa, por lo que necesitan que no haya nubes.

(Para solventar estos problemas se disponen de los 2 sistemas de almacenamiento térmico: único y dual).

CALEFACCIÓN Y AGUA CALIENTE POR ENERGÍA SOLAR: ¿MERECE LA PENA?

A la pregunta de si merece la pena instalar paneles solares para alimentar la calefacción y la producción de ACS (agua caliente sanitaria) en una casa, la respuesta es: depende.

Aunque es una energía totalmente gratuita y ecológica, el problema que presenta es que la instalación del sistema es costosa y se tarda bastante en recuperar la inversión.

En viviendas aisladas que reciban bastante luz solar, y a las que no lleguen las redes de gas, puede ser muy interesante. También lo es en el sur de España, en aquellas provincias que disponen de muchas horas de luz al año.

El uso que se dé a la calefacción y al agua caliente también es importante. Si se va a usar habitualmente saldrá más rentable que si se trata de una vivienda de fin de semana.

Hay que tener en cuenta que el sistema debe llevar un equipo complementario para aportar energía cuando no hay suficiente sol o no se ha acumulado bastante. A veces se generan excedentes que es una pena desperdiciar; las viviendas con piscina podrán emplear esta energía sobrante para climatizar el agua.

Sobre el Autor

Arquitecto

Arquitecto, especializada en diseño

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