La energía solar es la energía obtenida directamente del Sol. La radiación solar incidente en la Tierra puede aprovecharse por su capacidad para calentar o directamente a través del aprovechamiento de la radiación en dispositivos ópticos o de otro tipo. Es un tipo de energía renovable y limpia, lo que se conoce como energía verde.
La potencia de la radiación varía según el momento del día, las condiciones atmosféricas que la amortiguan y la latitud. Se puede asumir que en buenas condiciones de irradiación el valor es superior a los 1000 w/m2 en la superficie terrestre. A esta potencia se la conoce como irradiancia.
La radiación es aprovechable en sus componentes directa y difusa, o en la suma de ambas. La radiación directa es la que llega directamente del foco solar, sin reflexiones o refracciones intermedias. La difusa es la emitida por la bóveda celeste diurna gracias a los múltiples fenómenos de reflexión y refracción solar en la atmósfera, en las nubes, y el resto de elementos atmosféricos y terrestres. La radiación directa puede reflejarse y concentrarse para su utilización, mientras que no es posible concentrar la luz difusa que proviene de todas direcciones.
La irradiancia directa normal (o perpendicular a los rayos solares), fuera de la atmósfera recibe el nombre de constante solar y tiene un valor medio de 1354 w/m2(que corresponde a un valor máximo en el perihelio de 1395 w/m2 y un valor mínimo en el afelio de 1308 w/m2.)
Energía solar pasiva: Aprovecha el calor del sol sin necesidad mecanismos o sistemas mecánicos.
Energía solar térmica: Para producir agua caliente de baja temperatura para uso doméstico sanitario y calefacción.
Energía solar fotovoltaica: Para producir electricidad, en placas de semiconductores que se excitan con la radiación solar.
Energía solar termoeléctrica: Para producir electricidad con un ciclo termodinámico convencional, a partir de un fluido calentado por el sol.
Energía solar híbrida: Combina la energía solar con la combustión de biomasa o consumibles fósiles.
La energía solar es aquella que obtenemos gracias a las radiaciones que emite el sol. Estas radiaciones pueden aprovecharse para producir electricidad o para calentar agua u otros líquidos caloportadores.
La energía del sol es inagotable, a nuestra estrella aún le quedan por lo menos 6.000 millones de años de vida. En 30 minutos llega a la Tierra toda la energía consumida por la humanidad en un año. Pero hasta hace poco no ha habido sistemas para poder aprovecharla de manera eficiente.
Hoy contamos con la tecnología fotovoltaica, que nos permite generar electricidad y la tecnología solar térmica, que además de este uso también nos permite obtener agua caliente para uso sanitario, en calefacción o en climatización de piscinas.
Los sistemas fotovoltaicos convierten directamente parte de la energía de la luz solar en electricidad y lo hacen de manera no contaminante y silenciosa. Esta conversión se consigue por medio de los módulos fotovoltaicos, que están formados por células fabricadas principalmente con silicio. Cuando el silicio se contamina o dopa con otros materiales de ciertas características adquiere propiedades eléctricas en presencia de la luz solar. Los fotones son activados por la luz y se mueven a través del silicio. Esto es conocido como "el efecto fotovoltaico”, gracias al cual se produce directamente la electricidad.
Los conjuntos de celdas se orientan hacia el Sur (en el hemisferio Norte) para optimizar el aprovechamiento de la radiación solar y se conectan a un sistema de baterías para almacenar la energía o inversores para convertir la corriente continua en alterna.
1. Módulos solares 2. Conexión de los módulos 3. Caja de conexión del generador 4. Conducción principal de corriente continua 5. Desconectador de corriente continua 6. Inversor 7. Conexión a la red 8. Posición del contador 9. Adaptador de potencia 10. Red pública
Primera fase: obtención del silicio a partir de las rocas ricas en cuarzo, purificación del silicio por procesos químicos, y consecución del silicio de grado solar. Segunda fase: cristalización, silicio monocristalino o policristalino. Tercera fase: obtención de las células, corte del bloque de silicio con espesor del orden de 0,2/0,3 mm. y un tamaño de 110x110 mm. o 125x125 mm.
Cuarta fase: fabricación de las células y los módulos, tratamiento superficial, formación de una unión PN, formación de contactos metálicos, se le añade una capa antireflexiva para mejorar la absorción, encapsulado, interconexión y montaje de los módulos.
A través de los colectores planos la energía del sol eleva la temperatura de líquidos caloportadores y con éstos aprovechamos el calor en distintas aplicaciones:
Agua Caliente Sanitaria (ACS): Mediante un sistema de colectores térmicos se puede generar agua caliente para viviendas, hospitales, hoteles y otros centros.
Calefacción: Se puede utilizar como calefacción a través de un sistema de suelo radiante.
Climatización de piscinas: El agua circula directamente de la piscina a los colectores donde se calienta con la energía del sol.
La solar térmica se compone de un sistema de captación de radiación, los colectores planos, un sistema de almacenamiento de la energía térmica obtenida durante las horas de radiación solar y un sistema de distribución del calor y del consumo. Gracias a este sistema, podemos tener agua caliente en días nublados o por la noche. Además, la energía solar térmica es un sistema de fácil instalación e integración en la vivienda y apenas necesita mantenimiento.
1.Colector plano. Capta las radiaciones.
2. Líquidos caloportadores. Transportan el calor.
3. Acumulador. Sistema de almacenamiento.
4. Sistema de distribución de agua caliente.
Mediante paneles solares fotovoltaicos es posible generar energía eléctrica. Y además generarla en los momentos de mayor demanda; durante el día.
Históricamente este energía eléctrica ha sido utilizada en lugares donde las redes eléctricas no llegan, principalmente viviendas rurales, estaciones repetidoras, refugios etc..
Desde la entrada en vigor de normativas que regulan las condiciones tanto técnicas como económicas para vender esta electricidad a las empresas distribuidoras, es posible conectar una instalación fotovoltaica a la red, las ventajas son enormes tanto para la propia empresa distribuidora como para la sociedad en su conjunto.
Para hacer esto posible, la primera condición necesaria es garantizar la viabilidad económica y rentabilidad de la inversión al propietario de la instalación, tanto persona física como empresa. Para el propietario la primera ventaja es la excelente rentabilidad que consigue con la venta de la energía producida a la red. Esta rentabilidad es posible tanto por la calidad y vida útil de los materiales utilizados, como por la retribución asegurada en la normativa que regulará la venta de energía, desde el día de la puesta en marcha de la instalación hasta el día de su desmantelamiento (>40años).
Para la sociedad las ventajas son también muy significativas: producción limpia, sostenible y ajena a los vaivenes de la oferta de combustibles, escasas perdidas por transporte ( producción cercana al consumo), eliminación o redimensionamiento de redes de transporte eléctrico, aporte de energía en los picos de demanda evitando el sobredimensionado de las centrales de producción convencionales, etc.
Las características principales de una instalación solar conectada a red son su simplicidad de funcionamiento, bajo coste de mantenimiento y su larga duración.
Los componentes que forman parte principal de una instalación de este tipo son principalmente 3:
Paneles solares fotovoltaicos, compuestos principalmente de marco de aluminio, vidrio antirreflectante, células de diferentes tecnologías (monocristalinas, policristalinas, película delgada, etc) y una lamina de tedlar que se utiliza para fijar las células al vidrio. El panel solar se degrada por el tiempo. Su vida útil es de más de 40 años. La mayoría de fabricantes garantizan que durante los primeros 25 años.
Convertidores/Inversores, su función principal es convertir la energía continua de los paneles solares en energía alterna, sincronizarla con la red convencional e inyectarla a través de un contador. Disponen de sistemas de seguimiento de punto de máxima potencia de los paneles para, en todo momento, obtener la máximo electricidad que son capaces de generar. Disponen también en su interior de sistemas de seguridad tanto para la red como para las personas.
Estructura de soporte de los módulos, generalmente de aluminio, es quien debe fijar los paneles a las cubiertas de las viviendas o naves industriales, así como orientar los módulos lo mas cercano posible al sur. De su calidad y durabilidad dependerá principalmente la ausencia de tareas de mantenimiento en un futuro.
Es aquella que mediante módulos solares, acumuladores (baterías) y un inversor abastecen de electricidad a 220V,viviendas, estaciones repetidoras y de telecomunicaciones, granjas, etc.
Usadas generalmente en aquellas viviendas rurales, casas de campo, antenas repetidoras, bombeo de agua, etc, … donde no llega la red eléctrica convencional, o su instalación no es viable económicamente. Se componen de elementos adecuados para su objetivo. Básicamente lo mas especifico de estas instalaciones son los acumuladores. Es posible así lograr parámetros de suministro similares a la red convencional.
Los sistemas se dimensionan correctamente para que independientemente de la estación del año o las características climáticas de la zona donde se deba instalar su funcionamiento sea satisfactorio para el usuario. Para lograr este equilibrio en ocasiones se debe combinar de forma técnicamente correcta la fotovoltaica con minieolica, grupos electrógenos y térmica.
Ustedes deben indicar sus necesidades reales, nosotros dimensionamos, gestionamos subvenciones, montamos la instalación, la mantenemos y resolvemos así su necesidad.
Estas instalaciones se componen principalmente de placas solares, regulador de carga, acumuladores especialmente diseñados para su trabajo en instalaciones solares, así como un convertidor capaz de proveer de energía eléctrica en igualdad de condiciones que la red, es decir, a 220 V. Estos sistemas dimensionados correctamente por una empresa especializada garantizan la total autonomía en el suministro eléctrico.
El campo solar es el encargado de producir la energía eléctrica que se necesita para el funcionamiento del sistema solar autónomo. Este se encuentra formado por un conjunto de módulos solares fotovoltaicos que se interconectan convenientemente con el objetivo de adaptarse a la tensión de diseño. Si las condiciones de viento del lugar son favorables, podrá combinarse con un aerogenerador.
El controlador de carga de las baterías de acumulación, es un equipo electrónico que tiene como función evitar tanto las sobrecargas como las descargas de las baterías de acumulación, con el objetivo de aumentar su vida útil. En función de su calidad, podremos obtener un 30% más de producción de los paneles solares.
La batería de acumulación es la encargada de almacenar la energía eléctrica que genera el campo solar/eólico/motor, para poder ser utilizada en el momento deseado.
El inversor es el equipo electrónico encargado de convertir la corriente contínua almacenada en las baterías (12, 24 ó 48 V) en corriente alterna (220 V) para que puedan funcionar tanto los electrodomésticos de una vivienda convencional como cualquier otro que utilice esta tensión.
Antigua aplicación del sol. Calentamiento de fluidos con la energía solar mediante sistemas de colectores cada vez más perfectos. Con las nuevas tecnologías este calentamiento de fluidos se puede dirigir a posteriori a diversas necesidades: agua caliente sanitaria (viviendas), agua caliente industrial y climatización tanto en su faceta de calefacción como de refrigeración.
Por ejemplo con este sistema podemos satisfacer, con garantizada viabilidad económica, las necesidades de ACS entre un 60 y un 80%, de calefacción central en un entre un 30 y un 40% y de climatización de piscinas cubiertas/descubiertas entre un 50 y un 70%.
La rápida amortización de las instalaciones de este tipo y su posterior rentabilidad vía ahorro es cada vez más intensa debido al actual y previsible rápido aumento de los precios de las fuentes de energía convencionales ( gas, electricidad, gas-oil, etc.).
GEDEINSO, desde su faceta de ingeniería e instaladora, y basada en su experiencia en este tipo de instalaciones, busca la máxima satisfacción del cliente, ofreciéndole soluciones de principio a fin, desde la elaboración y asesoramiento en los proyectos necesarios hasta la ejecución y mantenimiento de las instalaciones. Usando para ello siempre materiales de primera calidad y un equipo humano altamente cualificado.
GEDEINSO no solo realiza la instalación solar térmica, sino que integra las diferentes instalaciones energéticas (sistemas de climatización en general), con el objetivo de obtener siempre la mayor eficiencia del sistema y facilitar al máximo el trabajo al cliente.
La rentabilidad de un sistema de energía solar térmico, se basa en el ahorro energético que se obtiene gracias a ellos.
Por tanto, el ahorro es función del tipo de aplicación que se quiera cubrir y de su tamaño.
Por ejemplo, en instalaciones para hoteles, viviendas múltiples, residencias, polideportivos, piscinas cubiertas etc. se recupera la inversión en periodos que oscilan entre los 4 y los 7 años, mientras que el ahorro neto anual depende de lo grande que sea la instalación. Además, los precios a los que tiende la energía harán que la inversión en solar térmica sea cada año más interesante.
La rentabilidad de estas instalaciones no solo se basa en el ahorro energético que producen, también existen subvenciones de las diferentes Comunidades Autónomas que disminuyen la inversión, dichas ayudas pueden llegar a suponer valores de hasta el 40% del coste de la instalación.
GEDEINSO ofrecerá soluciones a medida para mejorar la gestión energética de sus futuros clientes en este campo de negocio, consultoría de eficiencia energética, así como, estudios de viabilidad de potencial de energía renovable promoviendo el mayor y mejor uso de las fuentes de energía renovable.
EMPRESAS DE CUALQUIER SECTOR DE ACTIVIDAD
Realización de Planes de Optimización Energética destinados a la reducción del consumo y de la factura energética y a la utilización de energías renovables.
Tramitación de expedientes de ayudas y subvenciones destinadas a cofinanciar los proyectos de inversiones para la optimización energética de sus instalaciones.
Estudios de viabilidad económica para la implantación de fuentes de energías renovables ( solar térmica, fotovoltaica eólica y renovables en general ).
Elaboración, tramitación y gestión de proyectos de Investigación, Innovación y Desarrollo Tecnológico relacionados con la gestión de la energía.
EMPRESAS DE CUALQUIER SECTOR DE ACTIVIDAD
Realización de Planes de Optimización Energética, destinados a la reducción del consumo y de la factura energética en los edificios e instalaciones públicas y a la sustitución de energías convencionales por energías renovables.
Preparación de Planes de Promoción de Energías Renovables.
Asistencia Técnica para la participación en proyectos relacionados con las Energías Renovables.
Estudios de viabilidad económica para la implantación de fuentes de energías renovables (solar térmica y fotovoltaica, eólica y renovables en general).
Obviamente, todas estas actuaciones descritas, irán irremediablemente complementadas con actividades de formación orientadas al cliente y seguimiento de las medidas de ahorro energético, realizando la promoción y la concienciación del control en el gasto energético.
Los trabajos a ejecutar pueden resumirse en las siguientes fases:
Inventario de las instalaciones energéticas.
Análisis y optimización tarifaria.
Diagnósticos de las instalaciones energéticas.
Plan de actuación.
Determinación de ayudas a las inversiones detectadas.
Señalar que cuando nos estamos refiriendo a instalaciones energéticas pretendemos englobar a todos los agentes consumidores de energía (eléctrica, térmica,...) objeto de estudio, y que supongan algún coste económico al mismo.
Los estudios realizados con la ejecución del Plan de Optimización Energética (POE) permiten detectar medidas de ahorro energético que reducen el gasto asociado al consumo energético en una cuantía superior al 20 % con medidas amortizables en un periodo inferior a los 3 años.
Los soportes informáticos facilitarán el mantenimiento de las instalaciones, y permitirán la gestión del gasto energético y la planificación de actuaciones de ahorro energético.
El personal técnico de la empresa cliente o técnicos que vayan a gestionar las instalaciones y que colaboran con los técnicos de GEDEINSO en el desarrollo del POE se benefician de una formación básica en materia energética que les permitirá en un futuro hacer frente a problemas que se presenten en este campo.
Se pueden destinar los ahorros conseguidos a crear nuevos servicios o mejorar la calidad de los servicios prestados.
El principal objetivo que se persigue con el Plan de Optimización Energética es obtener un rendimiento energético óptimo para cada servicio, sin que ello suponga una disminución de la productividad o de la calidad o del nivel de confort del servicio, consiguiendo por otra parte una reducción del impacto medioambiental.
1. CONCEPTOS GENERALES
1.1. EL SOL COMO FUENTE DE ENERGÍA.
1.1.1. Características del Sol
1.1.2. Radiación solar terrestre
1.2. CAPTACIÓN TÉRMICA DE LA ENERGÍA SOLAR.
1.2.1. Principio de funcionamiento
1.2.2. Efecto invernadero
1.2.3. El captador solar plano
1.2.4. Rendimiento de captadores
2.
2.1. DEFINICIONES
2.2. FUNCIONAMIENTO
2.3. PARTES FUNDAMENTALES DE UN ESD
2.4. TIPOLOGÍA Y CLASIFICACIÓN
2.4.1. El principio de circulación
2.4.2. El sistema de intercambio
2.4.3. El sistema de expansión
2.4.4. La forma de acoplamiento de los componentes
2.4.5. La disposición de componentes
2.4.6. El sistema de energía auxiliar
2.4.6.1. Sistema auxiliar en línea o instantáneo
2.4.6.2. Sistema auxiliar en acumulador secundario
2.5. PRESTACIONES DE LOS EQUIPOS SOLARES DOMÉSTICOS.
2.5.1. Factores que influyen en las prestaciones
2.5.1.1. Condiciones climatológicas
2.5.1.2. Condiciones de consumo
1.1. EL SOL COMO FUENTE DE ENERGÍA.
1.1.1. Características del sol.
El sol es una esfera, de unos 700.000 Km. de radio, constituida por una mezcla de gases compuesta, fundamentalmente, por un 70% de hidrógeno y un 27% de Helio. En el núcleo del sol se producen continuamente reacciones nucleares de fusión que son la fuente de su energía. Esta energía fluye hacía capas externas y hacía el espacio por mecanismos de convección y radiación.
Desde el punto de vista de su aprovechamiento energético podemos considerarlo como una esfera que emite una radiación, que transmite a través del espacio a la velocidad de la luz, que se distribuye en una banda de longitudes de onda equivalentes a la de un cuerpo negro a 6.000 ºK. La energía radiante del sol que se recibe en el exterior de la atmósfera terrestre es la denominada constante solar y vale:
1.353 W/m2 = 4.872 KJ/h. m2
1.1.2. Radiación solar terrestre.
Para alcanzar la superficie terrestre la radiación solar debe atravesar la atmósfera donde experimenta diversos fenómenos de reflexión, absorción, y difusión que disminuyen la intensidad final.
La radiación que llega directamente del sol es la denominada RADIACIÓN DIRECTA y la que previamente es absorbida y difundida por la atmósfera (muy significativa, por ejemplo, en días nublados) es la RADIACIÓN DIFUSA.
La radiación solar, tanto directa como difusa, se refleja en todas las superficiesen las que incide dando lugar a la RADIACIÓN REFLEJADA. La reflexión dependerá de las características y naturaleza de la superficie reflectora.
La RADIACIÓN SOLAR GLOBAL es la suma de los tres tipos antes citados, DIRECTA, DIFUSA Y REFLEJADA, y es la que podemos aprovechar para su transformación térmica.
1.2. CAPTACIÓN TÉRMICA DE LA ENERGÍA SOLAR.
Se entiende por captación térmica de la energía solar al procedimiento de transformación de la energía radiante del sol en calor o energía térmica. Nos referiremos a aplicaciones de la energía solar a baja temperatura cuando la energía térmica que se obtiene se utiliza para temperaturas inferiores a 80 ºC. Se pretende de esta forma obtener a partir del sol una energía que podremos utilizar en aplicaciones térmicas: calentar agua sanitaria, usos industriales, calefacción de espacios, calentamiento de piscinas, secaderos, etc.
1.2.1. Principio de funcionamiento.
Cuando se expone una placa metálica al sol, se calienta, pero si además esta placa es negra, la energía radiante del sol es absorbida en mayor medida. Cuando se calienta la placa negra ésta aumenta su temperatura con lo cual empieza a perder calor por los distintos mecanismos: por conducción a través de los soportes que lo sujetan, por convección a través del aire que le rodea y por radiación.
1.2.2. Efecto invernadero.
Al colocar un vidrio entre la placa absorbedora y el sol ocurre que, como el vidrio es transparente a la radiación solar pero es opaco a la radiación infrarroja, no deja pasar la radiación de mayor longitud de onda que emite la placa al calentarse. De esta forma se produce una "trampa energética de radiaciones" que impide que la energía radiante que ha atravesado el vidrio vuelva a salir; esta trampa constituye el denominado efecto invernadero. El vidrio también evita el contacto directo de la placa con el aire ambiente con lo que, además, se evitarán las pérdidas por convección antes referidas.
1.2.3. El captador solar plano.
Si se completa el conjunto de la placa absorbedora con el vidrio aislándolo por la parte posterior y por los laterales se consigue que la placa pierda menos calor y, por tanto, aumente su temperatura. Si a la placa se adhiere un serpentín o un circuito de tubos por la que se pueda circular un fluido se habrá conseguido que el fluido aumente su temperatura al circular por la placa con lo que se estará evacuando la energía térmica de la placa. El fluido caliente se podrá conducir a través de un circuito hidráulico hasta donde se quiera. Si todo el conjunto anterior se encierra en una caja para sujetar todos los componentes y evitar que se deterioren por los agentes exteriores se habrá realizado el denominado captador solar plano. Captador solar plano
1.2.4. Rendimiento de captadores.
La energía útil que se obtiene de un captador Qútil (en W) puede determinarse mediante la fórmula que calcula el calor que extrae el fluido caloportador (de calor específico cp en J/kgºC) en función del caudal másico m (en kg/h) y la diferencia de temperaturas entre la entrada Te y la salida Ts:
Qútil = 1,16 . m cp (Ts - Te)
El rendimiento del captador es la relación entre la energía útil y la radiación solar total que incide sobre el mismo:
h = Qútil / I . A
siendo I la irradiancia incidente sobre el captador (en W/m2) y A la superficie útil del mismo (en m2).
Por otro lado, la energía útil puede calcularse también como la diferencia entre la energía que se capta y la energía que se pierde:
No toda la radiación solar que incide en el captador es realmente captada por el absorbedor ya que depende de lo que transmite el vidrio y de lo que absorbe la placa absorbedora. Por tanto puede expresarse la energía absorbida por:
Qabs = a . I .A
Las pérdidas térmicas del captador son proporcionales a su superficie y a la diferencia de temperatura del absorbedor Te con la temperatura ambiente Ta por la expresión:
Qper = b (Te - Ta). A
La recta de rendimiento del captador plano puede determinarse experimentalmente realizando medidas de prestaciones reales y ajustando una recta a los valores obtenidos. En España se sigue a estos efectos la Norma INTA 610001.
Con la función de rendimiento se determina la parte de la radiación incidente que el captador transforma en energía térmica en función de la diferencia de temperatura y de la irradiancia.
La función de rendimiento permite conocer el rendimiento máximo del captador que se obtiene para
Te = Ta y vale hmáx = a.
También se puede determinar la temperatura máxima Tcm que puede alcanzar un captador, que se obtiene cuando h = 0 y vale:
Tcm = Ta + a/b . I
2.1. DEFINICIONES.
Una instalación solar térmica es un sistema de aprovechamiento de energía solar para producción de agua caliente.
La diferencia entre ésta y un equipo solar doméstico (en lo que sigue ESD) es que el ESD está fabricado mediante un proceso estandarizado que presupone resultados uniformes en prestaciones, se ofrece en el mercado bajo un único nombre comercial y se vende como una unidad preparada para su instalación. El ESD puede estar constituido por un único componente integral o por un conjunto de componentes normalizados en características y configuración.
El equipo puede ser ensayado, para certificar su eficiencia, durabilidad, etc., como una unidad completa, proporcionando resultados representativos para todos los sistemas con la misma marca, componentes, configuración y dimensiones.
2.2. FUNCIONAMIENTO.
Básicamente el funcionamiento de una instalación (en lo que sigue, lo que se diga para una instalación solar térmica, incluye a los equipos solares domésticos) es el siguiente:
- Captación de la energía radiante para transformarla directamente en energía térmica, con el aumento de temperatura de un fluido de trabajo.
- Amacenamiento de dicha energía térmica, bien en el mismo fluido de trabajo de los colectores, o bien transferida al agua de consumo para su posterior utilización.
Estas funciones se pueden complementar con la producción de energía térmica mediante un sistema convencional.
En cualquier instalación solar térmica se denomina circuito primario al circuito hidráulico formado por los colectores y las tuberías que los unen al acumulador, y es el encargado de recoger la energía térmica del colector y transferirla al acumulador solar directamente o a través de un intercambiador de calor. Por el circuito secundario siempre circula agua de consumo.
La transferencia de energía solar al agua del acumulador se realiza por la circulación del fluido contenido en el circuito primario. Este se calienta a su paso por los colectores y se enfría cuando pasa a través del sistema de intercambio, al transmitir el calor al agua del consumo. El agua caliente del sistema de acumulación queda almacenada y dispuesta para ser consumida. Cuando la temperatura del agua caliente solar es inferior a la del consumo, sobre unos 45º, el sistema de energía auxiliar se encarga de realizar el calentamiento adicional hasta alcanzar la temperatura deseada.
2.3. PARTES FUNDAMENTALES DE UN ESD.
Componentes de un ESD
Un equipo solar doméstico, al igual que una instalación solar, puede estar constituido por:
-Un 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.
-Un sistema de acumulación constituido por un depósito que almacena el agua caliente hasta que se precise su uso.
-Un 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. -Un circuito hidráulico constituido por tuberías, bombas, válvulas, etc., que se encarga 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.
-Un 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. Por otro lado, puede incorporar distintos elementos de protección de la instalación.
-Adicionalmente los equipos suelen disponer de un sistema de energía auxiliar que 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.
2.4. TIPOLOGÍA Y CLASIFICACIÓN.
Las instalaciones solares térmicas pueden clasificarse atendiendo a los siguientes criterios:
1. El principio de circulación. 2. El sistema de intercambio. 3. El sistema de expansión. 4. La forma de acoplamiento de componentes. 5. La disposición de componentes. 6. El sistema de energía auxiliar.
2.4.1. El principio de circulación.
Se refiere al mecanismo mediante el cual se produce el movimiento del fluido que circula en el circuito primario de captadores, existiendo dos tipos: la circulación forzada y la circulación natural o más comúnmente conocida por termosifón.
En las instalaciones por termosifón el fluido de trabajo circula por convección libre, mientras que en los de circulación forzada se dota a la instalación con dispositivos (bombas de circulación) que provocan la circulación forzada del fluido de trabajo.
En las instalaciones por termosifón el movimiento del fluido de trabajo se produce por variaciones de densidad del fluido, como consecuencia de variaciones en la temperatura. El fluido contenido en los captadores, al recibir la radiación solar se calienta, aumentando su temperatura y disminuyendo, por tanto, su densidad.
Al pesar menos, dicho fluido asciende hacia la parte alta del circuito, mientras que el fluido frío contenido en el acumulador, con mayor densidad, se desplaza hacia la parte baja de la instalación por la tubería de entrada a colectores. Así se genera una circulación del fluido que se mantiene siempre que exista un gradiente de temperaturas entre el fluido de colectores y el del acumulador, y cesa cuando las temperaturas se igualan.
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.
Una instalación por termosifón se autorregula ya que se induce un caudal que es proporcional al salto de temperaturas entre captador solar y depósito, es decir, se ajusta el caudal a la radiación captada.
Normalmente, este ajuste se realiza de forma que el salto de temperaturas del fluido a lo largo del colector suele mantenerse constante y aproximado a los 10 ºC.
La regulación por termosifón es, pues, muy simple pero puede tener como contrapartida la imposibilidad de limitar la temperatura máxima del depósito que, en verano y épocas de escaso consumo, puede llegar a alcanzar valores importantes provocando sobrecalentamientos con riesgos para las personas y la durabilidad de la instalación.
En las instalaciones de circulación forzada, el movimiento del fluido se realiza a través de una bomba circuladora, con un caudal que normalmente está en el rango del doble que los de termosifón y, por tanto, los saltos de temperatura en el fluido de los captadores suelen ser de unos 5ºC.
En este caso la regulación del sistema se debe efectuar por medio de un control diferencial de temperaturas entre la parte inferior del depósito y la salida de captadores.
2.4.2. El sistema de intercambio.
Se refiere a la forma de transferir la energía del circuito primario de captadores al circuito secundario o de consumo. Esta transferencia se puede realizar de forma directa, siendo el fluido de trabajo de captadores el propio agua de consumo, dando lugar a los llamados sistemas directos o, manteniendo el fluido de trabajo de captadores en un circuito independiente, sin posibilidad de ser distribuido al consumo, dando lugar a los sistemas indirectos.
La utilización en sistemas indirectos de un intercambiador introduce un rendimiento adicional en el proceso de transferencia de calor al acumulador que puede minimizarse con un dimensionado adecuado. La utilización del intercambiador, no obstante, está justificada porque puede eliminar los problemas que surgen en los sistemas directos por corrosiones, depósitos calcáreos, heladas y presiones elevadas en colectores.
Cuando se utiliza un sistema directo es necesario asegurarse del uso de materiales compatibles entre sí y con el agua de consumo. El agua de red normalmente tiene un gran contenido de aire y el oxígeno es el mayor responsable de la corrosión, tanto en los colectores como en el resto del circuito.
Los riesgos de corrosión en los captadores son mayores en los circuitos directos.
De la misma forma, en los sistemas directos aumenta la presencia de suciedades, incrustaciones calcáreas, etc. que con el tiempo van empeorando el funcionamiento de los captadores, disminuyendo el rendimiento e incluso anulándolos por completo, haciéndose necesario un control y conocimiento previo de la dureza y calidad del agua para la adecuada selección del sistema.
En el caso de los sistemas indirectos, estas incrustaciones quedan minimizadas salvo en caso de frequentes vaciados y renovaciones de fluido.
Para evitar la congelación del agua es necesario prever un sistema de protección antiheladas. En los sistemas indirectos, esto se suele resolver fácilmente utilizando fluidos de trabajo con menor punto de congelación que la temperatura ambiente de la zona donde se vayan a utilizar, por ejemplo, añadiendo al agua glicol en un determinado porcentaje.
Finalmente, el último factor que justifica el uso de sistemas indirectos es la presión a la que está sometida la instalación ya que si los colectores, o cualquier parte del circuito primario, no soporta la presión de red a la que estarían conectados sería necesario reducirla utilizando una válvula reductora de presión. El circuito indirecto permite por el contrario definir presiones de trabajo independientes de la de red.
2.4.3. El sistema de expansión.
El fluido de trabajo de las instalaciones solares está sometido a importantes variaciones de temperatura que pueden oscilar desde temperaturas bajo cero hasta superiores a 100 ºC en situaciones de estancamiento y con alta radiación.
Estas diferencias de temperatura provocan variaciones de volumen del fluido y como medio para absorber estas variaciones deben utilizarse los sistemas de expansión.
Una instalación puede tener una expansión abierta cuando el circuito primario está comunicado de forma permanente con la atmósfera, en este caso, debe situarse el sistema de expansión por encima del punto más alto de la instalación, o puede tener expansión cerrada, cuando el circuito no está en comunicación directa, en este caso, la membrana elástica del vaso de expansión al deformarse, aumenta la capacidad del circuito de agua, estos tienen menos condicionantes de instalación.
2.4.4. Forma de acoplamiento de los componentes.
Los ESD, por la forma de acoplamiento de los principales componentes (captadores y acumulador), se pueden clasificar en tres categorías: equipos compactos, equipos partidos y equipos integrados.
Un equipo se denomina compacto cuando todos los componentes del sistema se encuentran montados en una sola unidad, aunque físicamente puedan estar diferenciados.
Un equipo se denomina partido cuando existe una distancia física relevante entre el sistema de captación y el de acumulación.
Un equipo se denomina integrado cuando dentro del mismo sistema se realizan las funciones de captación y acumulación de energía, es decir, captador y depósito constituyen un único componente y no es posible diferenciarlos físicamente.
2.4.5. La disposición de componentes.
Se refiere este criterio principalmente a la disposición de los captadores y el depósito de acumulación.
Tanto los captadores como los acumuladores normalmente tienen una o dos dimensiones principales cuya disposición permite clasificar las instalaciones:
-Con captadores en sentido horizontal o vertical. -Con acumuladores en posición vertical u horizontal.
La disposición de los colectores afecta fundamentalmente a la estética de la integración, y en el aspecto funcional puede tener alguna influencia en determinadas instalaciones, funcionando por termosifón dado el mayor recorrido del fluido en los captadores verticales.
La disposición del acumulador si puede tener, por el contrario, una notable influencia en el funcionamiento de los equipos ya que se ha comprobado experimentalmente que la eficiencia energética puede aumentar en la práctica hasta un 20% utilizando sistemas que propicien la estratificación del agua caliente en el depósito acumulador. En acumuladores estratificados se consiguen temperaturas más altas en la parte superior estando la parte inferior a temperatura prácticamente de red y, de esta forma, por un lado siempre existe agua caliente a la temperatura de utilización y, por otro, la instalación está trabajando a un rendimiento superior al ser más baja la temperatura de entrada a colectores.
Una de las mejores formas para propiciar la estratificación de temperaturas es el uso de acumuladores verticales esbeltos, incrementándose también con el uso de mecanismos pasivos como difusores, entradas y salidas de tuberías, que no provocan efectos desestratificantes.
La mayor ventaja de los acumuladores horizontales es que permite una mejor integración cuando están acoplados a los captadores solares.
2.4.6. Sistema de energía auxiliar.
Según la forma de realizar el aporte de energía auxiliar pueden distinguirse los siguiente sistemas:
- Instantáneo o en línea. - En acumulador auxiliar.
2.4.6.1. Sistema auxiliar en línea o instantáneo.
Los más utilizados son los calentadores instantáneos de gas que tienen ventajas indiscutibles. En caso de acoplarse a equipos por termosifón se constituye un sistema que no requiere ninguna alimentación de energía eléctrica, pudiéndose instalar en lugares remotos.
2.4.6.2. Sistema auxiliar en acumulador secundario
Las soluciones individuales con acumulación, mediante interacumulador con caldera o termo eléctrico, presentan las ventajas funcionales de ajuste preciso de la temperatura de utilización y disponibilidad inmediata de la capacidad acumulada. Sin embargo, las ventajas del acumulador secundario se ven reducidas por el incremento del coste y las pérdidas de calor que pueden llegar a reducir de forma apreciable el rendimiento.
2.5. PRESTACIONES DE LAS INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS.
Las prestaciones de una instalación vienen definidas por su capacidad de aporte de energía solar térmica al consumo en unas condiciones climáticas determinadas y cuantificadas mediante el aporte solar anual, la fracción solar y el rendimiento medio anual de la instalación:
-El aporte solar anual (ASA) viene dado por la energía solar térmica que la instalación aporta a un determinado consumo o demanda anual de energía (DEA). Se expresa en unidades de energía (kWh o MJ) por año.
-La fracción solar (a veces denominada cobertura) nos da el tanto por ciento de contribución solar a la demanda energética total.
f = ASA / DEA
El rendimiento medio anual se obtiene como la razón entre el aporte solar anual y la radiación global incidente sobre el equipo.
h = ASA / RAD
2.5.1. Factores que influyen en las prestaciones
2.5.1.1. Condiciones climatológicas
La radiación solar global sobre el plano de colectores es el parámetro climático fundamental que afecta a las prestaciones de una instalación y es muy importante su conocimiento ajustado para un correcto cálculo de las prestaciones de estos sistemas térmicos.
El otro parámetro climático, la temperatura ambiente, tiene su influencia en lo que afecta a las pérdidas térmicas.
2.5.1.2. Condiciones de consumo.
El parámetro más importante es el consumo diario de agua caliente y, como se ha comprobado experimentalmente, el perfil diario del consumo no tiene un efecto apreciable sobre el rendimiento del sistema, que fundamentalmente está influenciado por el valor total del consumo diario.
La temperatura de consumo es uno de los factores que influyen en el aporte global del sistema. A efectos de diseño pueden aceptarse temperaturas de suministro de agua caliente sanitaria entre 45 y 50ºC, pero conviene ajustar estos valores siempre que sea posible.
La temperatura de red tiene, asimismo, un importante efecto sobre el rendimiento y pueden influir en el dimensionado del sistema.
1. Módulos solares 2. Conexión de los módulos 3. Caja de conexión del generador 4. Conducción principal de corriente continua 5. Desconectador de corriente continua 6. Inversor 7. Conexión a la red 8. Posición del contador 9. Adaptador de potencia 10. Red pública 
Primera fase: obtención del silicio a partir de las rocas ricas en cuarzo, purificación del silicio por procesos químicos, y consecución del silicio de grado solar. Segunda fase: cristalización, silicio monocristalino o policristalino. Tercera fase: obtención de las células, corte del bloque de silicio con espesor del orden de 0,2/0,3 mm. y un tamaño de 110x110 mm. o 125x125 mm.
1.Colector plano. Capta las radiaciones.
